Астрономы увидели, как тёмная материя «отслаивается» при столкновении галактик

Представьте самый грандиозный космический ДТП, который только можно вообразить: сталкиваются не просто галактики, а целые их скопления, гравитационные узлы вселенной. И вот международная команда астрономов подловила как раз такой момент. Но самое интересное в этой катастрофе не свет и жар, а то, что отлетает в сторону. Исследование показало нечто фундаментальное: в момент удара тёмная материя — та самая невидимая основа мироздания — решительно отделяется от материи обычной, видимой.

Это не просто красивая картинка. Это редкий шанс не просто «увидеть» тёмную материю по её гравитационной тени, а начать по-настоящему её исследовать. Как будто мы наконец-то нашли её отпечатки пальцев на месте преступления.

Подобное разделение учёные уже наблюдали раньше в знаменитом скоплении «Пуля». Там было отлично видно, как раскалённый газ (обычная материя) отстаёт и тащится позади невидимой тёмной материи после лобового столкновения двух кластеров. Но история, как водится, на этом не закончилась.

Астрономы увидели, как тёмная материя «отслаивается» при столкновении галактик

Скопление под номером MACS J0018.5+1626 предлагает нам похожий сценарий, но с одним критически важным поворотом — буквально на 90 градусов. Представьте: если в «Пуле» мы наблюдали столкновение сбоку, как зрители на гоночной трассе, то здесь одна из сталкивающихся массивных частей летит прямо на нас, а другая — стремительно удаляется прочь.

Именно такая «лобовая» ориентация подарила астрономам уникальный ракурс. Впервые в истории им удалось не просто зафиксировать факт разделения, а составить карту скоростей и для тёмной, и для обычной материи. Профессор Калтеха Джек Сэйерс объясняет это гениально просто: «С "Пулей" мы как будто сидим на трибуне и снимаем машины, несущиеся слева направо. А здесь — мы стоим на самой трассе с радаром в руках, нацеленным на машину, что мчится прямо на нас. Мы можем измерить её настоящую скорость».

Как им это удалось? Для измерения скорости обычного газа учёные использовали хитрый трюк под названием кинетический эффект Сюняева — Зельдовича. Суть в том, что древнейшие фотоны космического микроволнового фона (своего рода «послесвечение» Большого взрыва) на своём пути к Земле рассеиваются на электронах горячего газа в скоплении. Движение этих электронов накладывает на фотоны доплеровский сдвиг — крошечное изменение частоты. Измеряя это изменение, астрономы могут вычислить, с какой скоростью и куда движутся газовые облака. По-моему, это один из самых элегантных методов в современной астрофизике, не находите?

Самосвалы с песком и тайна расходящихся траекторий

«Представьте, что сталкиваются два самосвала, гружённых песком, — приводит яркую аналогию астроном Эмили Силич из Калтеха и Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. — Тёмная материя — это песок. При ударе он просыпается вперёд, дальше самого кузова».

Но с MACS J0018.5+1626 сначала была загадка. Ещё в 2019 году данные показывали, что горячий газ здесь ведёт себя странно: он двигался вроде бы в противоположную сторону относительно тёмной материи. «Даже наши коллеги, которые моделируют такие столкновения на суперкомпьютерах, не понимали, что происходит», — признаётся профессор Сэйерс.

Тогда в игру вступила рентгеновская обсерватория Chandra. Она помогла точно измерить температуру и положение газа. Картина прояснилась. Оказалось, скопления до удара неслись навстречу друг другу со скоростью около 3000 км/с — это 1% от скорости света! Вообразите этот масштаб.

Имея полную трёхмерную картину, учёные наконец разгадали парадокс с «противоположным» движением. Возвращаясь к аналогии с самосвалами: песок (тёмная материя) из более далёкого от нас грузовика летит в нашу сторону, а вот сам кузов и рама (обычная материя) ближнего к нам скопления после удара отлетают прочь. Так и создаётся иллюзия, что они движутся врозь. Но это не иллюзия. Это прямое доказательство их реального, физического разделения.

«Эта работа — не финал, а стартовая площадка, — подводит итог Эмили Силич. — Теперь у нас есть новый тип объектов, который ясно показывает: тёмная материя ведёт себя иначе. Она играет по своим правилам. И мы только начинаем эти правила понимать».