Деформированный звездный свет может указывать на темную материю в Млечном пути

Когда мы заглядываем в межгалактическое пространство, доказательства темной материи есть везде. Это вращение галактик, которое нельзя объяснить только наблюдаемой материей. Оно в том, как галактики собираются вместе, и путь света, который проходит через Вселенную.

Мы не можем видеть темную материю напрямую, но влияние, которое она оказывает на другие объекты, позволило нам довольно точно отобразить ее в больших масштабах.

Однако ближе к дому — фактически в галактике Млечный Путь — и в субгалактических масштабах влияние темной материи намного меньше, и, следовательно, намного сложнее отобразить. Но новая техника может, выявить, где скрывается темная материя Млечного Пути, путем поиска контрольного перекоса в свете звезд, когда темная материя проходит перед ними.

Темная материя — одно из самых запутанных явлений в космосе. Мы не можем обнаружить ее напрямую, поэтому мы не знаем, что это такое, но мы знаем, что количество гравитации во Вселенной не может быть объяснено только обычной наблюдаемой материей, которую мы называем барионной материей.

В 1930-х годах астроном Фриц Цвикки обнаружил, что, если бы галактики в скоплении Комы удерживались вместе только одной нормальной материей, их скорость вращения превышала бы скорость вращения для объектов внутри них. Если бы эти галактики состояли только из барионной материи, они бы разлетелись.

Что-то создавало дополнительную гравитацию. Мы не знаем, что это за нечто, поэтому мы называем это темной материей. С тех пор эффекты темной материи наблюдались другими способами, и космологи подсчитали, что она составляет около 85 процентов вещества во Вселенной.

Одним из таких эффектов является гравитационное линзирование. Согласно теории общей теории относительности, масса искривляет пространство-время вокруг нее. Для более мелких объектов наблюдаемый эффект этого незначителен, но для действительно массивных объектов, скажем, скопления галактик, кривизна пространства-времени гораздо более выражена, что приводит к искривлённому пути света при прохождении через эту область.

В своей новой работе группа исследователей во главе с физиком-теоретиком Сиддхартом Мишра-Шармой из Нью-Йоркского университета предлагает систему обнаружения гравитационного линзирования у отдельных звезд в Млечном Пути, чтобы обнаружить локальную темную материю.

Когда темная материя проходит перед звездой, она должна — теоретически — изменить яркость звезды. Это предсказывалось на протяжении десятилетий и называется астрометрической слабой гравитационной линзой (астрометрия — это исследование движения звезд), но эффект настолько мал, что обнаружение его является обратно пропорциональной задачей.

Мишра-Шарма и его коллеги предполагают, что астрометрическое слабое гравитационное линзирование можно обнаружить не по отдельным звездам, а по группам.

«В этой статье мы предлагаем новую технику для характеристики популяционных свойств галактической субструктуры через эффект коллективного линзирования на удаленные источники», — написали они в своей статье.

«Мы показываем, что с помощью астрометрических наблюдений в ближайшем будущем можно будет статистически обнаружить популяции субгало холодной темной материи, компактных объектов, а также флуктуации плотности, полученные из темной материи скалярного поля».

С очень точными астрометрическими наблюдениями структура команды позволила бы астрономам определять присутствие темной материи, анализируя распределения скоростей и ускорений звезд и галактик. Они также применили свою технику к ряду смоделированных сценариев и обнаружили, что эти распределения варьируются в зависимости от типа темной материи.

Ученые обнаружили, что солнечная орбита вокруг центра галактики привнесет асимметрию, что может помочь отделить сигнал астрометрической слабой гравитационной линзы от шума.

Самый полный астрометрический каталог, который у нас есть в настоящее время, получен со спутника Gaia Европейского космического агентства, работающим над проектом по картированию Млечного пути в трех измерениях с высокой точностью. Команда попыталась применить свою структуру к данным Gaia и обнаружила, что уровни шума в наборе данных были слишком высоки, чтобы обнаружить приемлемый сигнал.

Но они также отмечают, что будущие выпуски данных Gaia, а также будущие телескопы могут дать лучшие результаты.

Исследование было опубликовано в Physical Review D.

Источники: Фото: (ESA/Hubble & NASA)