Исключительный крест Эйнштейна в HerS-3 и невидимая тёмная материя

Международная группа астрономов, работавшая с несколькими крупнейшими радиоинтерферометрами планеты, обнаружила уникальное гравитационное явление в удалённой области Вселенной. В центре внимания оказалась галактика HerS-3, находящаяся на расстоянии 11,6 миллиарда световых лет от Земли. Свет от неё, проходя через массивное скопление галактик, преломляется и образует редкий эффект, так называемый крест Эйнштейна.

Крест Эйнштейна из копий изображения галактики HerS-3 от обсерватории ALMA. Источник: P. Cox et al. - ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Обычно такое явление возникает, когда свет фоновой галактики или квазара искажает гравитация массивного объекта на линии наблюдения. Тогда изображение источника может раздвоиться, исказиться в виде дуги или превратиться в характерный крест из четырёх точек вокруг центрального объекта. В случае с HerS-3 наблюдается необычная конфигурация, четыре ярких изображения по краям и пятое, центральное.

Подробное моделирование показало, что массы только видимых галактик в скоплении недостаточно, чтобы объяснить такое количество копий одного объекта, так как центре должен находиться сам массивный компонент, невидимый в оптическом диапазоне. Единственным объяснением является наличие гало из тёмной материи, масса которого оценивается в триллионы солнечных масс.

Слева показано изображение креста галактики HerS-3 от обсерватории NOEMA в миллиметровом континууме (жёлтые контуры), наложенные на снимок в ближнем инфракрасном диапазоне от телескопа "Хаббл". Маркеры G1-G4 указывают на группу галактик, которые выступают в роли линзы. Жёлтая звезда с меткой DM отмечает центр гало тёмной материи, ассоциированной с этой группой. Справа показана детальная морфология креста Эйнштейна от обсерватории ALMA. Источник: P. Cox et al / ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / NOEMA

Тёмная материя, как известно, составляет около 80 процентов вещества Вселенной, но она не испускает и не поглощает электромагнитное излучение. Обнаружить её можно только по гравитационному влиянию. Крест Эйнштейна в направлении HerS-3 стал своеобразной лабораторией, позволяющей проследить, как тёмная материя влияет на эволюцию галактик в ранней Вселенной.

Увеличение, вызванное гравитационной линзой, дало исследователям возможность изучить HerS-3 в деталях, недостижимых для прямых наблюдений. Эта галактика оказалась мощной фабрикой по производству новых звёзд с вращающимся наклонным диском и стремительными потоками газа, вырывающимися из центральной области. Возраст Вселенной в тот момент составлял всего около двух миллиардов лет, это эпоха, когда темпы звездообразования достигали максимума.

Здесь показан процесс формирования искажённого изображения в виде креста Эйнштейна. Голубые линии показывают видимые источники света для наблюдателя с Земли. Красные линии - реальный путь света от галактики HerS-3 через гравитационную линзу. Источник: N. Lira, Cox et al. - ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Особенность работы ещё и в том, что это первый случай обнаружения креста Эйнштейна в субмиллиметровом и радиодиапазоне. В исследовании использовались данные сразу нескольких инструментов - радиотелескопа ALMA в Чили, массива NOEMA во Франции, обсерватории VLA в США и космического телескопа «Хаббл».

Таким образом, редкое гравитационное явление не только продемонстрировало силу гравитационного линзирования, но и помогло выявить скрытое присутствие тёмной материи там, где её невозможно увидеть напрямую. Для астрономов это шаг к пониманию роли невидимого вещества в формировании структуры Вселенной.