Гравитация — это та сила, которая удерживает нас на Земле. За последние несколько сотен лет мы многое узнали о гравитации, но одна из самых странных вещей, которую мы обнаружили, заключается в том, что большая часть гравитации во Вселенной исходит из невидимого источника, называемого «темной материей». Хотя наши телескопы не могут напрямую увидеть темную материю, они могут помочь нам узнать о ней больше благодаря явлению, называемому гравитационным линзированием.
Все, что обладает массой, оказывает гравитационное притяжение на все остальное, что обладает массой. Это происходит потому, что масса искривляет пространство-время, лежащее в основе Вселенной. Даже привычные для нас вещи, как ламы, пончики и даже скрепки, искривляют пространство-время, но слишком незначительно, поскольку они не массивны. Более крупные объекты, такие как планеты, звезды и черные дыры, искривляют его гораздо сильнее, поскольку они значительно массивнее, но только в своей локальной окрестности, поскольку они компактны. Создаваемые объектами во Вселенной искажения пространства-времени влияют на то, как движутся другие объекты рядом с ними.
Огромные скопления галактик настолько массивны, что их суммарная гравитация вызывает довольно странные эффекты. Когда свет проходит близко к массивному объекту, пространство-время настолько искривляется, что искривляет путь, по которому должен двигаться свет. Свет, который обычно проходит через скопление галактик, огибает его, создавая увеличенные, а иногда еще и множественные изображения источника. Этот процесс, называемый гравитационным линзированием, превращает скопления галактик в гигантские межгалактические увеличительные стекла, позволяющие нам увидеть космические объекты, которые в обычных условиях были бы слишком далекими и тусклыми даже для наших самых больших телескопов.
Хаббл «видит» темную материю
Масса искривляет пространство-время. Чем больше масса, тем сильнее искривление и тем сильнее эффект гравитационного линзирования. Фактически, изучая «линзированные» объекты, мы можем определить количество и местоположение невидимой материи, вызывающей искажения.
Благодаря гравитационному линзированию ученые измерили общую массу многих скоплений галактик, что показало, что всей видимой материи недостаточно для создания наблюдаемых эффектов искривления. Гравитационного притяжения гораздо больше, чем видимой материи, которая его создает! Ученые дали невидимой материи, которая объясняет эту разницу, название «темная материя». Она невидима для наших глаз и телескопов, но она не может скрыть свою гравитацию.
Наши наблюдения с помощью космического телескопа «Хаббл» помогают разгадать тайну темной материи. Изучая с помощью «Хаббла» гравитационно линзованные скопления галактик, астрономы выяснили, сколько материи во Вселенной является «нормальной», а сколько — «темной». Несмотря на то что из обычной материи состоит все — от огурцов до планет, темной материи во Вселенной примерно в пять раз больше, чем всей обычной материи вместе взятой!
Романовский телескоп активизирует поиски
Создаваемый космический телескоп имени Нэнси Грейс Роман выведет наблюдения за гравитационным линзированием на новый уровень. «Роман» будет достаточно чувствителен, чтобы использовать гораздо более тонкую версию того же эффекта, называемую слабым гравитационным линзированием, чтобы увидеть, как небольшие скопления темной материи искажают внешний вид далеких галактик. Наблюдая эффекты линзирования в таких малых масштабах, ученые смогут заполнить больше пробелов в нашем понимании темной материи.
Широкое поле зрения «Романа» будет по меньшей мере в 100 раз больше, чем у «Хаббла», при сохранении такого же потрясающего качества изображения. Он также будет более эффективным и будет делать снимки быстрее, поэтому карта линзирования «Романа» будет почти в тысячу раз больше, чем у Хаббла. За первый год работы «Роман» соберет столько данных, что позволит ученым провести глубокие исследования, на которые у предыдущих телескопов ушли бы сотни лет.
Наблюдения за слабым гравитационным линзированием «Романа» позволят нам заглянуть в прошлое даже дальше, чем это способен увидеть «Хаббл». Ученые считают, что лежащая в основе Вселенной структура темной материи сыграла важную роль в формировании и эволюции галактик, притягивая обычную материю. Наблюдение за тем, как темная материя распределялась во Вселенной с ранних этапов ее развития до настоящего времени, поможет ученым разгадать, как она эволюционировала с течением времени, и, возможно, даст подсказку, как она может развиваться дальше. Мы не знаем, что ждет нас в будущем, но «Роман» поможет нам это узнать.
