Новый анализ изображений галактик, полученных орбитальным телескопом Хаббл, может пролить свет на неуловимую природу тёмной материи, невидимого вещества, составляющего большую часть материи во Вселенной.
Для анализа были использованы наблюдения Хабблом шести массивных скоплений галактик в рамках программы Граничные области (Frontier Fields). При этом астрономами выявлено, что диффузное свечение, заполняющее пространство между галактиками в их скоплениях (внутрикластерный свет), более явно показывает распределение тёмной материи, чем существующие методы наблюдений в рентгеновском диапазоне.
Внутрикластерный свет возникает при взаимодействии галактик друг с другом, которое в итоге разрушает их структуры; в этом хаосе отдельные звёзды покидают свои гравитационные "причалы" в родных галактиках, чтобы уравновесить гравитационное поле всего скопления.
Здесь также находится подавляющее количество тёмной материи. Рентгеновское излучение показывает места столкновения групп галактик, но не основную структуру всего скопления. Поэтому этот метод наблюдений является не самым точным индикатором наличия тёмной материи.
Внутрикластерный свет является лучшим индикатором тёмной материи в скоплениях галактик, поскольку и тёмная материя, и выброшенные из своих гравитационных "гнёзд" звёзды, создающие диффузное свечение, одинаково подчиняются гравитационному потенциалу галактического скопления. Этот слабый рассеянный свет показывает положение тёмной материи в галактическом кластере.
Метод эффективен ещё и тем, что при анализе используются только изображения глубокого космоса, а не более сложные и трудоёмкие методы спектроскопии. Это означает, что за короткое время может быть изучено большое количество галактических скоплений и других объектов в космосе, а это в конечном итоге позволит статистически охарактеризовать природу тёмной материи.
Астрономы использовали модифицированное расстояние Хаусдорфа (MHD), метрику, применяемую при сопоставлении формы, для сравнения контуров внутрикластерного света и различных карт распределения масс в скоплениях, которые являются частью данных проекта Граничные области, размещенных в Архиве MAST (Mikulski Archive for Space Telescopes).
Модифицированное расстояние Хаусдорфа - это мера расстояния между двумя подмножествами. Чем меньше значение MHD, тем больше сходство между двумя наборами точек. Данный анализ показал, что внутрикластерное распределение света, наблюдаемое на изображениях глубокого космоса от Хаббла, точнее соответствует распределению масс в шести скоплениях галактик, чем рентгеновское излучение, наблюдаемое с помощью усовершенствованного спектрометра ACIS орбитальной рентгеновской обсерватории Чандра.
Учёные планируют расширить свои наблюдения, чтобы исследовать как можно большее количество галактических скоплений, накапливая и сопоставляя статистические данные.
Кроме того, они планируют использовать новый метод не только для массивных галактических скоплений, но и для отдельных галактик, исследуя звёздное гало, поскольку в галактиках работает примерно тот же принцип распределения масс под воздействием гравитационного потенциала, только в меньших масштабах.
Также астрономы с нетерпением ожидают запуска будущих мощных космических телескопов, таких как телескоп Джеймса Уэбба и WFIRST, которые будут иметь более чувствительные инструменты для наблюдения слабого внутрикластерного света в далёкой Вселенной.
Программа наблюдений с помощью телескопа Хаббл Граничные области (Frontier Fields) предназначалась для получения изображений объектов из очень глубокого космоса, используя естественные гравитационные линзы галактических скоплений, позволяющие увидеть чрезвычайно отдалённые галактики, расположенные за ними, и тем самым получить представление о ранней (далёкой) Вселенной и эволюции галактик.
В процессе исследований не раз наблюдалось, что рассеянный внутрикластерный свет скоплений частично скрывает отдалённые линзированные галактики. Однако это слабое свечение, вероятно, поможет разгадать одну из величайших загадок астрономии: какова природа тёмной материи.