|
Темная материя влияет на движение звезд
|
|
|
|
Темная материя влияет на движение звезд внутри галактик, на то, как галактики формируются с течением времени, и на то, как все во Вселенной удерживается вместе, но ни один из существующих инструментов не обнаружил ее напрямую. Хотя темная материя не отражает, не поглощает и не излучает свет, ее все же можно косвенно наблюдать с помощью телескопов.
|
|
|
|
Чтобы лучше охарактеризовать темную материю, астрономы изучают ее влияние на свет, который они могут наблюдать. Темная материя обладает массой, поэтому она может искажать свет, распространяющийся по космосу, в процессе, известном как гравитационное линзирование.
|
|
|
|
Космический телескоп Nancy Grace Roman, установленный для наблюдения за небом после его запуска, покажет сотни гравитационных линз, в которых массивная галактика на переднем плане увеличивает и искажает свет от галактики на заднем плане, образуя дуги и завихрения. Исследователи будут использовать данные Романа для измерения крошечных отклонений в повторяющихся изображениях фоновых галактик, что поможет им измерить влияние темной материи на невероятно малых масштабах и лучше определить, что это такое.
|
|
|
|
Необычный эффект, предсказанный Эйнштейном, известный как гравитационное линзирование — когда галактика на переднем плане увеличивает более удаленные галактики за ней, — скоро станет обычным явлением, когда в 2027 году начнет работать римский космический телескоп НАСА "Нэнси Грейс", который будет проводить обширные исследования космоса.
|
|
|
|
|
|
|
Особое подмножество гравитационных линз, известных как сильные линзы, находится в центре внимания новой статьи, опубликованной в журнале Astrophysical Journal под руководством Брайса Ведига, аспиранта Вашингтонского университета в Сент-Луисе.
|
|
|
|
Исследовательская группа подсчитала, что на обширных снимках Романа, как ожидается, появится более 160 000 гравитационных линз, включая сотни подходящих для этого исследования. Каждое римское изображение будет в 200 раз больше, чем инфракрасные снимки, сделанные космическим телескопом НАСА "Хаббл", а его предстоящее "богатство" объективов значительно превысит сотни изученных "Хабблом" на сегодняшний день.
|
|
|
|
Роман проведет три основных исследования, которые позволят получить более полное представление о Вселенной. Работа этой научной группы основана на предыдущей версии проекта Романа, который теперь полностью разработан для широкомасштабной высокоширотной съемки. Исследователи работают над дополнительным документом, который будет соответствовать спецификациям окончательного исследования, чтобы полностью поддержать исследовательское сообщество.
|
|
|
|
"Текущий размер выборки этих объектов, полученной с помощью других телескопов, довольно мал, потому что мы полагаемся на то, что две галактики расположены почти идеально вдоль линии нашей видимости", - сказал Ведиг. - Другие телескопы либо ограничены меньшим полем зрения, либо ведут менее точные наблюдения, что затрудняет обнаружение гравитационных линз".
|
|
|
|
Гравитационные линзы состоят как минимум из двух космических объектов. В некоторых случаях одна галактика на переднем плане обладает достаточной массой, чтобы действовать как линза, увеличивая галактику, которая находится почти идеально позади нее. Свет от галактики на заднем плане огибает галактику на переднем плане по нескольким траекториям, проявляясь в наблюдениях в виде искривленных дуг и полумесяцев. Из 160 000 линзированных галактик, которые Роман может идентифицировать, команда рассчитывает сузить их число примерно до 500, подходящих для изучения структуры темной материи в масштабах, меньших, чем у этих галактик.
|
|
|
|
"Roman не только значительно увеличит размер нашей выборки — его четкие изображения с высоким разрешением также позволят нам обнаружить гравитационные линзы, которые на небе кажутся меньше", - сказал Тансу Дайлан, главный исследователь научной группы, проводящей эту исследовательскую программу. Дейлан - доцент и научный сотрудник Центра космических наук Макдоннелла при Вашингтонском университете в Сент-Луисе.
|
|
|
|
"В конечном счете, как расположение, так и яркость галактик на заднем плане должны соответствовать определенному порогу, чтобы мы могли охарактеризовать темную материю в галактиках на переднем плане".
|
|
|
|
Что такое темная материя?
|
|
|
|
Не вся масса галактик состоит из объектов, которые мы можем видеть, таких как звездные скопления. Значительную часть массы галактики составляет темная материя, называемая так потому, что она не излучает, не отражает и не поглощает свет. Однако темная материя обладает массой, и, как и все, что обладает массой, она может вызывать гравитационное линзирование.
|
|
|
|
Когда гравитация галактики на переднем плане искривляет траекторию излучения галактики на заднем плане, его свет направляется по нескольким направлениям. "Этот эффект создает множество изображений галактики на заднем плане, которые по-разному увеличиваются и искажаются", - сказал Дайлан. Эти "дубликаты" являются огромным преимуществом для исследователей — они позволяют многократно измерять распределение массы линзирующей галактики, гарантируя, что результирующие измерения будут намного более точными.
|
|
|
|
300-мегапиксельная камера Roman, известная как Wide Field Instrument, позволит исследователям точно определять изгиб света фоновых галактик всего за 50 миллисекунд, что равносильно измерению диаметра человеческого волоса с расстояния более двух с половиной полей для американского футбола или футбольного поля для игры в футбол. подачи.
|
|
|
|
Степень гравитационного линзирования, на которое воздействует фоновый свет, зависит от массы промежуточного слоя. Менее массивные скопления темной материи вызывают меньшие искажения. В результате, если исследователи смогут измерить меньшие величины изгиба, они смогут обнаружить и охарактеризовать более мелкие и менее массивные структуры темной материи — типы структур, которые со временем постепенно объединялись, образуя галактики, которые мы видим сегодня.
|
|
|
|
Вместе с Романом команда соберет ошеломляющую статистику о размерах и структуре ранних галактик. "Поиск гравитационных линз и возможность обнаружить в них скопления темной материи - это игра с минимальными шансами. С помощью Roman мы можем раскинуть широкую сеть и рассчитывать на частую удачу", - сказал Ведиг. "Мы не увидим темную материю на изображениях — она невидима, — но мы можем измерить ее воздействие".
|
|
|
|
"В конечном счете, вопрос, на который мы пытаемся ответить, заключается в следующем: какая частица или частицы составляют темную материю?" добавил Дайлан. "Хотя некоторые свойства темной материи известны, мы, по сути, понятия не имеем, из чего состоит темная материя. Роман поможет нам понять, как распределена темная материя на малых масштабах и, следовательно, какова ее природа частиц".
|
|
Подготовка продолжается
|
|
|
|
Перед запуском Roman команда также проведет поиск других кандидатов в рамках наблюдений миссии ESA (Европейское космическое агентство) Euclid и предстоящей наземной обсерватории Веры К. Рубин в Чили, которая начнет свою полномасштабную работу через несколько недель. Как только инфракрасные снимки Романа будут получены, исследователи объединят их с дополнительными изображениями в видимом свете, полученными от Euclid, Rubin и Hubble, чтобы максимально увеличить объем информации об этих галактиках.
|
|
|
|
"Мы раздвинем границы того, что мы можем наблюдать, и будем использовать каждую гравитационную линзу, которую мы обнаружим с помощью Романа, чтобы определить природу частиц темной материи", - сказал Дейлан.
|
|
|
|
Источник
|
