По оценкам, 10-20 процентов массы галактических скоплений составляет видимая (барионная) материя, из которой состоят звезды и горячая плазма. Остальное приходится на темную материю, неobservable нашими инструментами. Впервые прямо наблюдать разделение двух видов материй удалось в сливающихся галактических скоплениях MACS J0018.5+1626.
Группы галактик состоят из тысяч объектов, связанных гравитацией. Это самые крупные структуры во Вселенной, состоящие из большого количества нагретого газа, излучающего свет в рентгеновском диапазоне, и темной материи.
MACS J0018.5+1626 — пара слияющихся галактических скоплений, удаленных от нас на миллиарды световых лет. Ученые из Калифорнийского технологического института наблюдали его, используя данные собственной субмиллиметровой обсерватории, обсерватории W.M. Keck, субмиллиметровой антенны ASTE и рентгеновской обсерватории. Chandra, космических телескопов Hubble, а также Herschel и PlanckПроведение полного анализа всех данных заняло несколько лет.
Два галактических скопления сошлись, подобно самосвалам, перевозящим песок из темной материи. В момент столкновения часть этого «груза» разбросалась. опубликованного в издании The Astrophysical Journal.
При столкновении галактики в скоплениях не получили повреждений из-за обилия «воздуха». Облака газа между ними закрутились и перегрелись. Электромагнитные силы, действующие на обычную материю, во время столкновения замедлили газ, который увяз. Скопления темной материи, реагирующие только на гравитацию, проплыли дальше. В итоге обычная и темная материя разделились.
Наиболее известным примером разделения двух видов материи является галактическое скопление Пуля. Слияние MACS J0018.5+1626 (теперь его называют MACS J0018.5) несколько отличается от Пули, повернувшись примерно на 90 градусов. Такое расположение создает впечатление, будто одно из скоплений в MACS J0018.5 летит практически прямо к Земле, а другое стремительно удаляется. Это позволило получить хороший обзор и впервые составить карту скоростей темной и обычной материи во время столкновения.
В работе использовался метод кинетического эффекта Сюняева — Зельдовича.
Изменение яркости реликтовых фотонов из-за рассеивания на электронах в горячем газе, направляющемся к Земле, позволяет измерить скорость межгалактического газа в скоплениях.
Профессор Джек Сейрес, возглавлявший исследование, зарегистрировал эффект Сюняева — Зельдовича на отдельном галактическом скоплении MACS J0717 в 2013 году. Для объекта MACS J0018.5 его применяли раньше — в 2006 году.
Ранее ученые измерили скорости газа с помощью эффекта Сюняева — Зельдовича в нескольких скоплениях галактик. Затем определили скорости галактик в скоплениях, что позволило косвенно оценить скорости темной материи. Теперь пришло время разобраться с ориентацией MACS J0018.5. Ученые также провели картирование темной материи в скоплении методом гравитационного линзирования и смоделировали столкновение.
Открытие показало, что галактики приближаются друг к другу со скоростью примерно 3000 километров в секунду. Это эквивалентно примерно одному проценту от скорости света. Совокупность полученных данных позволила астрономам увидеть, что темная и обычная материя расходились в разные стороны.
Эта работа предоставила исследователям возможность изучать темную материю напрямую, несмотря на то что она по-прежнему покрыта тайной.