Чем дальше мы вглядываемся в глубины Вселенной, тем больше узнаем о ее происхождении и конечной судьбе. В головоломке отсутствует одна важная часть: темная материя. Несмотря на то, что она составляет большую часть массы Вселенной (по мнению ученых), мы не знаем, что такое темная материя, но новый анализ так называемых "колец Эйнштейна" может приблизить нас к этому.
Охота за тем, чего нельзя увидеть, дело непростое, но именно это и является отличительной чертой темной материи. Она не излучает, не отражает и не поглощает свет. Единственный известный нам способ определить ее присутствие — это ее гравитационное воздействие на обычную материю. Например, сейчас есть гипотеза, что галактики выглядят так, потому что их окружает кокон из темной материи.
Даже если мы ее не видим, темная материя должна из чего-то состоять, и на данный момент есть два основных кандидата. Ученые предполагают, что темная материя может состоять из материала, называемого слабо взаимодействующими массивными частицами (WIMP), или из более легких частиц, известных как аксионы. Наблюдая за тем, как свет взаимодействует с гравитацией, ученые из Университета Гонконга, возможно, добились прогресса в определении того, какой вариант более вероятен.
Работа была сосредоточена на гравитационном линзировании — явлении, наблюдаемом, когда объекты большой массы находятся между наблюдателем (нами) и источником света. В результате свет изгибается, давая нам искаженное, дублированное или увеличенное представление о том, что находится по другую сторону линзы, что предсказывается общей теорией относительности Эйнштейна. Это часто приводит к образованию дугообразных или кольцеобразных структур, отсюда и кольца Эйнштейна. Команда астрономов Университета Гонконга под руководством Альфреда Амрута наблюдала за несколькими кольцами Эйнштейна, где один и тот же объект был виден в нескольких местах через гравитационную линзу.
Далекий квазар кажется продублированным гравитационной линзой.
Наблюдения были сосредоточены конкретно на HS 0810+2554, линзе, обнаруженной более 20 лет назад, которая создает четыре копии активной галактики-квазара на дальней стороне Вселенной. Основываясь на теоретической работе, ученые считают, что WIMP-ы будут вести себя скорее как частицы, а аксионы — как волны. Это позволило команде запустить компьютерные модели, чтобы предсказать, как изображение будет искажено, если темная материя будет состоять либо из WIMP-ов, либо из аксионов. Прогноз, основанный на WIMP-ах, не очень походил на правду, но симуляция аксиона была очень близка к реальности.
Таким образом, волнообразное аксионное объяснение темной материи получило один балл. Эти наблюдения не закрывают тему дебатов о темной материи, но открывает новые направления исследований. Будущие наблюдения гравитационных линз могут помочь определить волнообразные характеристики аксионов, тем самым сузив возможный диапазон масс.
