Две группы американских астрономов составили самую подробную и большую карту распределения темной материи во Вселенной и представили ее в нескольких статьях, размещенных в электронной библиотеке Корнеллского университета.

Темная материя — гипотетическое вещество, которое проявляет себя исключительно через гравитационное взаимодействие с галактиками, внося искажения в их движение. Частицы темной материи не взаимодействуют с какими-либо видами электромагнитного излучения, а потому не могут быть зафиксированы во время непосредственных наблюдений. На долю темной материи приходится около 23% массы Вселенной, в то время как «обычная» материя составляет лишь около 4% массы — все остальное приходится на не менее загадочную темную энергию.

В своих работах Джеймс Аннис (James Annis) и его коллеги из Национальной лаборатории имени Ферми и коллектив под руководством Эрика Хаффа (Eric Huff) из университета Калифорнии в Беркли использовали материалы из последней коллекции Слоановского цифрового обзора неба (SDSS).

Проект SDSS начал свою работу в 2000 году.

Основная цель Слоановского обзора — картографирование всего ночного неба в северном и южном полушариях Земли. Основным инструментом работы выступает 2,5-метровый широкоугольный телескоп в американской обсерватории Апаш-пойнт. На текущий момент обзор покрыл около 35% площади ночного неба.

Обе группы исследователей использовали снимки из коллекции SDSS для поиска и изучения так называемых «космических сдвигов» — небольших искривлений потоков света, вызванных действием притяжения темной материи.

Рис. 1. Регионы с наибольшей плотностью темной
материи содержат скопления галактик (Van Waerbeke,
Heymans, CFHTLens collaboration).

Считается, что она практически не взаимодействует с видимой Вселенной на любом уровне, кроме гравитации. Большинство астрономов полагает, что каждая галактика обрамлена «поясом» — гало — из темной материи, которая не дает звездам и другим сгусткам материи разбежаться. Несмотря на всю слабость взаимодействия, частицы света, фотоны, меняют траекторию движения при приближении к скоплению темной материи, и эту смену курса — «космический сдвиг» — можно использовать для изучения последней.

Команды ученых под руководством Анниса и Хаффа разработали методику для подсчета такого сдвига на снимках Слоановского обзора и применили ее для составления карты темной материи на участке неба под кодовым названием «полоса SDSS №82». Она находится на небесном экваторе и охватывает 275 квадратных градусов — примерно 0,06% от общей поверхности небесной сферы.

Исследователи проследили за смещением излучения галактик на этом участке неба по снимкам, которые попадали в ежегодные обзоры неба с 2000 по 2009 год. На основании этих данных каждая группа ученых составила по карте темной материи, и затем они сравнили полученные результаты. Выводы коллективов Анниса и Хаффа совпали, что подтвердило корректность методики.

Рис. 2. Обработанное и улучшенное изображение
участка на полосе SDSS №82, позволяющее вычислить
«космическое смещение» объектов в этом регионе космоса
(Фото: SDSS).

Как отмечают астрономы, расположение участков богатых и бедных темной материей было менее упорядоченным, чем указывали предыдущие исследования. Тем не менее, дальнейшее расширение их карты может вернуть упорядоченность «темной» Вселенной, считают сами ученые.

«Астрономическое сообщество шаг за шагом приближалось к измерению «космических сдвигов» в течение многих лет. Тем не менее, среди нас существовал определенный скептицизм по поводу того, возможно ли их провести достаточно точно для изучения темной материи. Мы показали, что смогли получить требуемую точность, и это очень важно для следующего поколения широких обзоров неба», — отмечает Хафф.