Космический картограф: «Джеймс Уэбб» создал детальную карту темной материи

Астрономы, используя космический телескоп «Джеймс Уэбб», составили детальную карту темной материи, отобразив плотность этой загадочной субстанции в области, охватывающей около 800 000 галактик.

Темная материя ставит ученых в тупик, поскольку она не взаимодействует с электромагнитным излучением, проще говоря — со светом, и поэтому остается для нас невидимой. Это означает, что темная материя — не просто трудноразличимая обычная материя, состоящая из протонов, нейтронов и электронов, которые взаимодействуют со светом. Следовательно, поиск частиц, способных составлять темную материю, оказался чрезвычайно сложной задачей. Ситуацию усложняет и то, что, по всей видимости, на долю этих частиц приходится примерно в пять раз больше массы во Вселенной, чем на частицы обычной материи.

К счастью, темная материя взаимодействует с гравитацией, влияя на саму ткань пространства-времени. Искривление пространства, вызванное крупными скоплениями темной материи — такими как гало, окутывающие галактики и их скопления — может влиять на путь света в процессе, называемом гравитационным линзированием, впервые предсказанном Альбертом Эйнштейном еще в 1915 году. Именно благодаря этому гравитационному влиянию астрономы смогли использовать «Джеймс Уэбб» для создания новой карты.

Область неба, изученная в ходе этого исследования, примерно в 2,5 раза превышает размер полной Луны (при наблюдении с Земли) и расположена в созвездии Секстанта. «Джеймс Уэбб» изучал этот регион около 255 часов с помощью инструмента NIRCam (Камера ближнего инфракрасного диапазона) в рамках обзора COSMOS (Cosmic Evolution Survey).

В проекте COSMOS задействовано около 15 различных телескопов, включая верного «коллегу» JWST — космический телескоп «Хаббл». Эти «глаза» Вселенной многократно изучают более обширный участок неба, эквивалентный примерно 10 полным Лунам. Повторные наблюдения инструментами, которые видят космос по-разному, позволяют ученым исследовать, как растут галактики, а данные «Хаббла» и «Уэбба» помогают раскрыть роль темной материи в таких процессах, как эволюция галактик. Кроме того, «Хаббл» наблюдал этот же регион еще в 2007 году, а позже его изучали и многие другие наземные телескопы. Однако беспрецедентная чувствительность «Джеймса Уэбба» позволила ученым создать карту, содержащую примерно в 10 раз больше галактик, чем карты наземных телескопов, и в два раза больше, чем на карте «Хаббла».

На основе наблюдений «Уэбба» команда определила распределение темной материи, используя в частности метод «слабого гравитационного линзирования». Этот метод основан на едва уловимом искажении света от тысяч фоновых галактик, когда он проходит через искривленное скоплениями темной материи пространство.

Кроме того, наблюдение области с помощью другого ключевого инструмента JWST — MIRI (Прибор для среднего инфракрасного диапазона) — позволило исследователям точнее измерить расстояния до галактик на этом участке неба.

Новая карта темной материи — лишь один из примеров того, как «Джеймс Уэбб» революционизирует наш взгляд на космос, будь то ближние или дальние его уголки, одновременно переопределяя понимание как знакомых объектов, так и самых таинственных аспектов Вселенной. Эти данные открывают новую главу в космологии, позволяя не просто «увидеть» невидимое, но и начать отслеживать, как сети темной материи формировались и эволюционировали на заре существования Вселенной, что в конечном итоге прольет свет на саму природу этой доминирующей во космосе силы.