Уперше вдалося безпосередньо спостерігати поділ темної і звичайної матерій у галактичних скупченнях MACS J0018.5+1626, що зливаються, що відкриває нові можливості для вивчення темної матерії.
Галактичні скупчення містять тисячі галактик, які утримуються разом силами гравітації. Вони є наймасивнішими структурами у Всесвіті, що містять багато гарячого газу та темної матерії. Вчені з Каліфорнійського технологічного інституту спостерігали за злиттям двох галактичних скупчень MACS J0018.5+1626, віддалених від нас на мільярди світлових років, використовуючи дані субміліметрових і рентгенівських обсерваторій, а також космічних телескопів Hubble, Herschel і Planck.
При зіткненні галактичних скупчень, окремі галактики не ушкодилися через їхню розрідженість. Проте газові хмари, що заповнюють простір між галактиками, закрутилися і перегрілися. Електромагнітні сили, які впливають на звичайну матерію, уповільнили газ, тоді як темна матерія, що взаємодіє лише гравітаційно, пройшла далі. Це призвело до розділення звичайної і темної матерій, результати якого опубліковано у виданні The Astrophysical Journal.
Відомий приклад такого розділення — галактичне скупчення Пуля. Однак орієнтація злиття MACS J0018.5+1626 дещо відрізняється, оскільки одне зі скупчень рухається майже прямо до Землі, а інше віддаляється. Це дозволило вперше картографувати швидкості темної та звичайної матерій під час колізії.
Для вимірювання швидкості міжгалактичного газу дослідники використали кінетичний ефект Сюняєва-Зельдовича, що виявляється у зміні яскравості реліктових фотонів через розсіювання на електронах у гарячому газі. Професор Джек Сейрес, який керував дослідженням, вперше спостерігав цей ефект на галактичному скупченні MACS J0717 у 2013 році, а для MACS J0018.5 — у 2006 році.
Анімація поділу темної та звичайної матерій під час зіткнення галактичних скупчень
Раніше вчені вимірювали швидкості газу в кількох галактичних скупченнях за допомогою ефекту Сюняєва-Зельдовича, а також визначали швидкості галактик, що дозволило оцінити швидкості темної матерії. Потім вони картографували темну матерію методом гравітаційного лінзування і змоделювали зіткнення.
Виявилося, що галактики рухалися назустріч одна одній зі швидкістю близько 3000 км/с (приблизно 1% від швидкості світла). Повна картина показала, що темна і звичайна матерії розділилися і рухаються в різних напрямках.
Це дослідження дозволило отримати інструмент для прямого вивчення темної матерії, яка залишається загадковою. Розуміння цього механізму допоможе далі досліджувати природу темної матерії та її роль у космічних процесах.