Космический телескоп NASA «Джеймс Уэбб» (James Webb Space Telescope, JWST) передал на Землю впечатляющую фотографию так называемого скопления галактик «Пуля» (Bullet Cluster), состоящего из двух отдельных сталкивающихся скоплений. Изображение расположенного в 3,9 миллиардах световых лет от Солнца скопления Пуля, полученное совместно с рентгеновской обсерваторией Chandra, может указать путь к раскрытию тайн тёмной материи.
Ещё в 2006 году космический телескоп «Хаббл» и рентгеновская обсерватория Chandra получили изображение скопления Пули, которое подтверждало наличие в ней тёмной материи, которая гравитационно преломляла свет из более далёких галактик. JWST удалось создать более совершенную карту распределения материи, как обычной, так и темной, в скоплении Пуля. Космический телескоп зафиксировал свечение миллиардов звёзд, выброшенных из своих галактик в «свободное плавание». Учёные использовали свет от этих звёзд, чтобы отследить наличие темной материи и получить более точную карту её распределения в скоплении Пуля.
На комбинированном изображении, полученном рентгеновской обсерваторией Chandra, горячий газ внутри скопления Пуля выделен розовым, а предполагаемое местоположение темной материи, согласно данным JWST, отмечено синим. Взаимное расположение этих областей заставило астрономов задуматься — что заставило тёмную материю и газ так разделиться.
Столкновения между скоплениями галактик — идеальные источники информации для проверки научных предположений о тёмной материи. Наблюдения за этими космическими во всех смыслах явлениями даёт учёным возможность проверить, как частицы тёмной материи взаимодействуют друг с другом. В процессе столкновения галактики и окружающие их гало темной материи прошли сквозь друг друга — расстояния между ними настолько велики, что вероятность лобового столкновения между любыми двумя невелика.
Это говорит о том, что степень, с которой частицы темной материи взаимодействуют друг с другом — то, что учёные называют «поперечным сечением столкновения» невелика. В противном случае взаимодействие замедлило бы облака темной материи, и они оказались бы ближе к облакам раскалённого газа. В результате газовое облако оказалось в центре столкновения, а галактики и их тёмная материя оказались на противоположных сторонах, пройдя друг сквозь друга.
На тёмную материю приходится более четверти всей массы и энергии во Вселенной, поэтому выяснение её секретов, в частности её поперечного сечения столкновения и причины этих высоких скоростей, имеет важное научное значение.
Несмотря на новые данные, полученные «Джеймсом Уэббом», учёные пока не в состоянии определить скорость столкновения двух скоплений галактик. «Даже с этими обновлениями требуемая скорость столкновения остаётся высокой по сравнению с ожиданиями от космологического моделирования, — сообщил участник исследования. — Напряжённость сохраняется и остаётся активной областью исследований».
Астрономы постоянно находятся в процессе тщательного измерения как можно большего количества столкновений скоплений галактик, наблюдаемых со всех углов и расстояний. Возможно, в сочетании с экспериментальными данными прямых поисков тёмной материи с помощью подземных детекторов, таких как эксперимент LUX-ZEPLIN, учёные приблизятся к пониманию сути тёмной материи.
Наблюдения JWST были опубликованы 30 июня в журнале The Astrophysical Journal Letters.