Блог

Jun 24, 2023

Журнал Кванта

29 августа 2023 г. Темные космические линзы проявляют себя, искажая и увеличивая свет далеких звезд. Ученые надеются, что эти линзы станут ключом к раскрытию природы темной материи. Эллисон Ли/Кванта

29 августа 2023 г.

Темные космические линзы проявляют себя, искажая и увеличивая свет далеких звезд. Ученые надеются, что эти линзы станут ключом к раскрытию природы темной материи.

Эллисон Ли / Журнал Quanta

Соавтор

29 августа 2023 г.

В октябре прошлого года, когда космический телескоп Джеймса Уэбба впервые провёл длительную съемку неба вблизи созвездия Эридана, астрономы начали собирать воедино историю о тусклой, мерцающей точке света, которая, казалось, появилась из самых глубоких уголков Вселенной.

Что бы это ни было, оно светилось слишком долго, чтобы быть сверхновой; ни одной звезды тоже не было со стола. «Такое ощущение, что вы, вероятно, находитесь в одном из этих фильмов CSI, что вы детектив», — сказал Хосе Мария Диего, астрофизик из Института физики Кантабрии в Испании, который работал над расшифровкой сигнала. «У вас на столе много подозреваемых, и вам придется устранять [их] одного за другим».

Диего и его коллеги недавно сообщили, что слабое пятно света, по-видимому, исходит от крайней звездной системы, которую они прозвали Мотрой — пары звезд-сверхгигантов, которые в период своего расцвета, целых 10 миллиардов лет назад, затмевали почти все остальное в своей галактике.

В то время вся Вселенная была моложе, чем Земля сейчас; Наша планета начала объединяться только после того, как фотоны Мотры достигли половины пути своего космического путешествия к миру, в котором будет создан гигантский инфракрасно-чувствительный космический телескоп как раз вовремя, чтобы уловить их свет. Обнаружение света, излучаемого отдельными звездными системами, раньше было невозможным. Но Мотра, названная в честь монстра-кайдзю, вдохновленного шелкопрядом, является лишь последней из недавней череды старейших, самых далеких и просто превосходных звездных систем, которые астрономы обнаружили на изображениях JWST и космического телескопа Хаббл. И, кстати, в то время как Мотра и ее чудовищные собратья сами по себе являются интригующими астрофизическими объектами, Диего больше всего волнует то, что свет звезд-монстров, кажется, раскрывает совсем другой класс объектов, плавающих между ней и Землей: невидимый в противном случае объект. сгусток темной материи, который, по расчетам он и его коллег, весит от 10 000 до 2,5 миллионов раз больше массы Солнца.

Если такой объект действительно существует (пока это предварительный вывод), он мог бы помочь физикам сузить свои теории о темной материи и, возможно, только возможно, разгадать тайну необъяснимой массы Вселенной.

По состоянию на 2023 год лабораторные усилия по поиску отдельных частиц темной материи остались безуспешными, в результате чего у некоторых астрофизиков осталось мрачное прагматичное подозрение, что единственный способ, которым люди могут измерить загадочное вещество, — это изучение его гравитационного воздействия на большую Вселенную. Итак, команда Диего и другие ищут призрачные очертания темных объектов в космосе. Они надеются идентифицировать мельчайшие существующие сгустки темной материи, что, в свою очередь, зависит от базовой физики самой частицы темной материи. Но куски чистой темной материи не просто так предстают перед астрономами; команды используют приемы наблюдения, чтобы выманить такие тени из теней. Теперь астрономы сосредотачиваются на космических явлениях, начиная от искажающих пространство гравитационных линз — своего рода невидимого увеличительного стекла с преобладанием темной материи, которое открыло Мотру — до трепещущих, лентообразных потоков звезд, находящихся гораздо ближе к дому. До сих пор эти усилия исключали многие варианты популярного набора моделей под названием «теплая темная материя».

«Вы не можете прикоснуться к темной материи», — сказала Анна Ниренберг, астрофизик из Калифорнийского университета в Мерседе, которая ищет темные межзвездные пятна с помощью JWST. Но найти небольшие конструкции из него? «Это настолько близко, насколько это возможно».

То немногое, что мы знаем о темной материи, существует в смутных, размытых очертаниях. Накопленные десятилетиями доказательства позволяют предположить, что либо теории гравитации неполны, либо, как чаще всего утверждают астрофизики, частица темной материи преследует Вселенную. Согласно одному классическому наблюдению, звезды, казалось, мчались по окраинам галактик, словно находясь в гораздо более сильной гравитационной хватке, чем можно было бы предположить из видимой материи. Измеряя движение этих звезд и применяя другие методы, которые идентифицируют области пространства с дополнительным весом, астрономы могут визуализировать, как темная материя Вселенной распределяется в более крупных масштабах.