Гравитационная линза показала сгусток темной материи

Вселенная предоставляет уникальный астрономический инструмент для изучения далеких объектов — гравитационные линзы. Когда, например, галактика оказывается между нами и более далеким источником света, она гравитацией искривляет вокруг себя пространство-время. Свет скрытого за ней объекта огибает эту невидимую «воронку», в результате он виднеется из-за нее чаще всего в виде характерной дуги или даже целого кольца — так называемого кольца Эйнштейна. Это позволяет наблюдать галактики, которые трудно рассмотреть даже в самый современный рукотворный телескоп.

В 2008 году удалось обнаружить особенно интересный случай — двойное кольцо Эйнштейна. Его создает гравитация массивной эллиптической галактики, расположенной примерно в трех миллиардах световых лет от нас. Как выяснилось, она линзирует сразу две оказавшиеся позади нее гораздо более далекие галактики.

Система SDSSJ0946+1006 получила прозвище Джекпот: для астрономов найти подобное — словно выиграть в лотерею. Позднее появились подозрения, что есть и третий источник, причем отображенный дважды. После этого многосоставную конфигурацию предложили переименовать в triple rollover — «тройной выигрыш».

Недавно команда ученых из Китая, Великобритании и США еще раз детально рассмотрела эту любопытную картину и снова заметила нечто необычное. К примеру, одно из искаженных изображений галактик оказалось на 10-15 процентов ярче, чем предсказывали расчеты. В других местами прослеживаются труднообъяснимые дополнительные искривления. Само их расположение немного отличается от ожидаемого. Ученые рассказали об этом в статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv.org.

Компьютерное моделирование показало, что эти аномалии должен вызывать объект массой около 100 миллиардов масс Солнца и диаметром в несколько тысяч световых лет — примерно как карликовая галактика. При этом, по расчетам, он расположен не в видимой части галактики-линзы, а в окружающем ее гало.

Предположение о поглощенной галактике исследователи исключили: в таком случае она была бы различима. Не стали рассматривать и версию о том, что это сверхмассивная черная дыра: выглядит абсурдным при такой массе, размерах и местоположении объекта. К тому же у нее должен быть заметный аккреционный диск — яркий «нимб» притянутого вещества.

Все это натолкнуло ученых на мысль о сгустке темной материи. Впрочем, даже с этим вариантом возникла проблема: по одной из основных версий, темная материя состоит из очень слабо взаимодействующих гипотетических частиц, а они должны быть распределены в космосе более равномерно и не могут образовывать столь плотные скопления. Поэтому астрофизики предложили альтернативную версию — гипотезу самовзаимодействующей темной материи (SIDM): предположительно, ее частицы почти «безразличны» к обычному барионному веществу, но при этом друг с другом контактируют.

С другой стороны, такая массивная «темная» структура все же должна содержать в себе и видимое вещество. Но наблюдения с помощью орбитального телескопа «Хаббл» не показали там даже намеков на звезды. По мнению авторов исследования, либо наука имеет дело с совершенно новым типом объектов в космосе, либо необходимо пересмотреть фундаментальные представления о темной материи.