Гравітація — це та сила, яка утримує нас на Землі. За останні кілька сотень років ми багато чого дізналися про гравітацію, але одна з найдивніших речей, яку ми виявили, полягає в тому, що більша частина гравітації у Всесвіті походить від невидимого джерела, званого «темною матерією». Хоча наші телескопи не можуть безпосередньо побачити темну матерію, вони можуть допомогти нам дізнатися про неї більше завдяки явищу, званому гравітаційним лінзуванням.
Усе, що має масу, чинить гравітаційне тяжіння на все інше, що має масу. Це відбувається тому, що маса викривляє простір-час, що лежить в основі Всесвіту. Навіть звичні для нас речі, як лами, пончики і навіть скріпки, викривляють простір-час, але занадто незначно, оскільки вони не масивні. Більші об'єкти, як-от планети, зірки та чорні діри, викривляють його набагато сильніше, оскільки вони значно масивніші, але тільки у своїй локальній околиці, оскільки вони компактні. Створювані об'єктами у Всесвіті спотворення простору-часу впливають на те, як рухаються інші об'єкти поруч із ними.
Величезні скупчення галактик настільки масивні, що їхня сумарна гравітація викликає досить дивні ефекти. Коли світло проходить близько до масивного об'єкта, простір-час настільки викривляється, що викривляє шлях, яким має рухатися світло. Світло, яке зазвичай проходить через скупчення галактик, огинає його, створюючи збільшені, а іноді ще й множинні зображення джерела. Цей процес, званий гравітаційним лінзуванням, перетворює скупчення галактик на гігантське міжгалактичне збільшувальне скло, яке дає нам змогу побачити космічні об'єкти, які за звичайних умов були б надто далекими і тьмяними навіть для наших найбільших телескопів.
Габбл «бачить» темну матерію
Маса викривляє простір-час. Що більша маса, то сильніше викривлення і тим сильніший ефект гравітаційного лінзування. Фактично, вивчаючи «лінзовані» об'єкти, ми можемо визначити кількість і місце розташування невидимої матерії, що спричиняє спотворення.
Завдяки гравітаційному лінзуванню вчені виміряли загальну масу багатьох скупчень галактик, що показало, що всієї видимої матерії недостатньо для створення спостережуваних ефектів викривлення. Гравітаційного тяжіння набагато більше, ніж видимої матерії, яка його створює! Вчені дали невидимій матерії, яка пояснює цю різницю, назву «темна матерія». Вона невидима для наших очей і телескопів, але вона не може приховати свою гравітацію.
Наші спостереження за допомогою космічного телескопа «Габбл» допомагають розгадати таємницю темної матерії. Вивчаючи за допомогою «Габбла» гравітаційно лінзоване скупчення галактик, астрономи з'ясували, скільки матерії у Всесвіті є «нормальною», а скільки — «темною». Незважаючи на те що зі звичайної матерії складається все — від огірків до планет, темної матерії у Всесвіті приблизно в п'ять разів більше, ніж усієї звичайної матерії разом узятої!
Романівський телескоп активізує пошуки
Створюваний космічний телескоп імені Ненсі Грейс Роман виведе спостереження за гравітаційним лінзуванням на новий рівень. «Роман» буде досить чутливий, щоб використовувати набагато тоншу версію того ж ефекту, звану слабким гравітаційним лінзуванням, щоб побачити, як невеликі скупчення темної матерії спотворюють зовнішній вигляд далеких галактик. Спостерігаючи ефекти лінзування в таких малих масштабах, вчені зможуть заповнити більше прогалин у нашому розумінні темної матерії.
Широке поле зору «Романа» буде щонайменше у 100 разів більшим, ніж у «Габбла», при збереженні такої ж приголомшливої якості зображення. Він також буде ефективнішим і робитиме знімки швидше, тому карта лінзування «Романа» буде майже в тисячу разів більшою, ніж у «Габбла». За перший рік роботи «Роман» збере стільки даних, що дасть змогу вченим провести глибокі дослідження, на які у попередніх телескопів пішли б сотні років.
Спостереження за слабким гравітаційним лінзуванням «Романа» дадуть нам змогу зазирнути в минуле навіть далі, ніж це здатний побачити «Габбл». Вчені вважають, що структура темної матерії, яка лежить в основі Всесвіту, зіграла важливу роль у формуванні та еволюції галактик, притягуючи звичайну матерію. Спостереження за тим, як темна матерія розподілялася у Всесвіті з ранніх етапів його розвитку до теперішнього часу, допоможе вченим розгадати, як вона еволюціонувала з плином часу, і, можливо, дасть підказку, як вона може розвиватися далі. Ми не знаємо, що чекає на нас у майбутньому, але «Роман» допоможе нам це дізнатися.
