ALMA обнаружила тонкие признаки темной материи

Новаторские наблюдения обнаруживают колебания темной материи ниже уровня галактик, подтверждая теории холодной темной материи и обеспечивая новое понимание формирования Вселенной.

Исследовательская группа под руководством профессора Кайки Таро Иноуэ из Университета Киндай (Осака, Япония) обнаружила колебания в распределении темной материи во Вселенной в масштабах меньших, чем массивные галактики, с помощью самого мощного в мире радиоинтерферометра — Большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки Атакамы. , массив).Альма), расположенный в Республике Чили.

Впервые в далекой Вселенной обнаружены пространственные флуктуации темной материи в масштабе 30 тысяч световых лет. Этот результат показывает, что холодная темная материя^[1] Это предпочтительнее даже в масштабах меньших, чем массивные галактики, и является важным шагом на пути к пониманию истинной природы темной материи. Статья будет опубликована в тот Астрофизический журнал.

Рисунок 1. Флуктуации, обнаруженные в темной материи. Более яркий оранжевый цвет указывает на области с высокой плотностью темной материи, а более темно-оранжевый цвет указывает на области с низкой плотностью темной материи. Белый и синий цвета представляют гравитационно-линзированные объекты, наблюдаемые ALMA. Источник: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), KT Inoue et al.

основные моменты

• Наблюдения с помощью одного из крупнейших в мире радиоволновых интерферометров ALMA, международный проект.
• Первое обнаружение флуктуаций темной материи во Вселенной в масштабах менее 30 тысяч световых лет.
• Важный шаг на пути к выяснению истинной природы темной материи.

ALMA обнаруживает мелкомасштабные флуктуации в распределении темной материи

Считается, что темная материя, невидимая материя, составляющая большую часть массы Вселенной, сыграла важную роль в формировании таких структур, как звезды и галактики.^[2] Поскольку темная материя распределена в пространстве не равномерно, а сгустками, ее гравитация может слегка изменить путь света (в том числе радиоволн), исходящего от удаленных источников света. Наблюдения этого эффекта (гравитационное линзирование) показали, что темная материя связана с относительно массивными галактиками и скоплениями галактик, но как она распределяется на меньших масштабах, пока неизвестно.

Исследовательская группа решила использовать ALMA для наблюдения за объектом в 11 миллиардах световых лет от Земли. Объект представляет собой линзованный квазар.^[3] МГ J0414+0534^[4] (далее именуемый «этот квазар»).

Этот квазар имеет четырехугольное изображение из-за эффекта гравитационного линзирования галактики на переднем плане. Однако положение и форма этих видимых изображений отличаются от тех, которые рассчитаны исключительно на основе эффекта гравитационного линзирования галактики на переднем плане, что позволяет предположить, что действует эффект гравитационного линзирования распределения темной материи в масштабах меньших, чем массивные галактики.

Рисунок 2: Концептуальная схема системы гравитационных линз MG J0414+0534. Объект в центре изображения указывает на линзовидную галактику. Оранжевым цветом обозначена темная материя в межгалактическом пространстве, а бледно-желтым — темная материя в линзовидной галактике. Фото: NAOJ, К.Т. Иноуэ

Было обнаружено, что существуют пространственные колебания плотности темной материи даже в масштабе около 30 тысяч световых лет, что значительно меньше космического масштаба (несколько десятков миллиардов световых лет). Этот результат согласуется с теоретическим предсказанием холодной темной материи, которое предсказывает, что сгустки темной материи существуют не только внутри галактик (бледно-желтые на рисунке 2), но также и в межгалактическом пространстве (оранжевые на рисунке 2).

Эффекты гравитационного линзирования сгустков темной материи, обнаруженные в этом исследовании, настолько малы, что их чрезвычайно трудно обнаружить самостоятельно. Однако благодаря эффекту гравитационного линзирования, вызванному галактикой на переднем плане, и высокому разрешению ALMA, мы смогли обнаружить эти эффекты впервые. Поэтому это исследование является важным шагом для проверки теории темной материи и выяснения ее истинной природы.

Это исследование представлено в статье под названием «Измерение спектров линзовой мощности ALMA на расстоянии 10 кпк в направлении линзированного квазара MG J0414+0534» К.Т. Иноуэ и др. в Астрофизический журнал.

Примечания

1. Холодная темная материя
   По мере расширения Вселенной плотность материи уменьшается, поэтому частицы темной материи (материи, невидимой для света) больше не будут сталкиваться с другими частицами и будут иметь независимое движение, отличное от движения обычной материи. В этом случае частицы темной материи, которые движутся со скоростью, значительно меньшей скорости света относительно обычной материи, называются холодной темной материей. Из-за своей низкой скорости они не обладают способностью стирать крупномасштабные структуры во Вселенной.
2. Формирование структуры во Вселенной
   Считается, что в ранней Вселенной звезды и галактики образовались в результате гравитационного роста флуктуаций плотности темной материи и накопления водорода и гелия, притягиваемых к сгусткам темной материи. Распределение темной материи в масштабах меньших, чем массивные галактики, до сих пор неизвестно.
3. Квазар
   Квазар — это центральная компактная область галактики, излучающая чрезвычайно яркий свет. Объединенная территория и ее окрестности содержат большое количество пыли, излучающей радиоволны.
4. МГ J0414+0534
   MG J0414+0534 расположена в направлении созвездия Тельца, если смотреть с Земли. Красное смещение (увеличение длины волны света, деленное на исходную длину волны) этого объекта составляет z=2,639. Соответствующее расстояние предполагается равным 11 миллиардам световых лет с учетом неопределенности космологических параметров.

Ссылка: «Измерение спектров линзирующей силы ALMA на расстоянии 10 кпк в направлении линзованного квазара MG J0414+0534», Кайки Таро Иноуэ, Такео Минезаки, Сатоки Мацусита и Коитиро Наканиси, 7 сентября 2023 г., Астрофизический журнал.
дои: 10.3847/1538-4357/aceb5f

Эта работа была поддержана грантом на научные исследования Японского общества содействия науке (№ 17H02868, 19K03937), Национальной астрономической обсерватории Японии ALMA Joint Scientific Research Project 2018-07A, так же, как и Исследовательский фонд ALMA JAPAN NAOJ-ALMA-256 и Тайвань MoST. М-001-020.