Abell S1063, кластер галактик. Огромная масса кластера действует как космическое увеличительное стекло и расширяет еще более отдаленные галактики, поэтому они становятся достаточно яркими, чтобы их наблюдать.

Наблюдения могут намекать на природу темной материи

Используя космический телескоп NASA / ESA Hubble, астрономы обнаружили, что самые яркие галактики в скоплениях галактик, «раскачиваются» относительно центра масс кластера. Этот неожиданный результат несовместим с предсказаниями текущей стандартной модели темной материи. В дальнейшем он может дать представление о природе темной материи.

Темная материя составляет чуть более 25 процентов всей массовой энергии во Вселенной, но ее нельзя наблюдать напрямую, что делает ее одной из самых больших тайн в современной астрономии. Невидимые ореолы неуловимой темной материи, заключают в себе галактики и скопления галактик. Последние представляют собой массивные группировки до тысячи галактик, погруженных в горячий межгалактический газ. Такие кластеры имеют очень плотные ядра, каждая из которых содержит массивную галактику, называемую «самой яркой кластерной галактикой» (BCG).

Стандартная модель темной материи (модель холодного темного вещества) предсказывает, что после того, как кластер галактик вернется в «расслабленное» состояние после переживания турбулентности при слиянии, BCG не перемещается из центра кластера. Он удерживается на месте огромным гравитационным воздействием темной материи.

Но теперь команда швейцарских, французских и британских астрономов проанализировала десять кластеров галактик, наблюдаемых на космическом телескопе НАСА / ЕКА Хаббл, и обнаружила, что их BCG не находятся в центре, как предсказывала первичная теория.

Данные Хаббла показывают, что они «раскачиваются» вокруг центра масс каждого кластера долго после того, как кластер галактики вернулся в стабильное состояние после слияния. Другими словами, центр видимых частей каждого кластера галактик и центр общей массы кластера, в том числе его гало темного вещества, смещены на целых 40 000 световых лет.

Качание BCG можно было анализировать только по мере того, как изучаемые кластеры галактик также действуют как гравитационные линзы. Они настолько массивны, что деформируют пространство-время, искажая свет от более отдаленных объектов позади них. Этот эффект, называемый сильным гравитационным линзированием, может быть использован для создания карты темной материи, связанной с кластером, позволяющей астрономам определять точное положение центра масс, а затем измерять смещение BCG из этого центра.

Если это «колебание» не является неизвестным астрофизическим явлением и фактически является следствием поведения темной материи, то оно несовместимо со стандартной моделью темной материи и может быть объяснено только в том случае, если частицы темной материи могут взаимодействовать друг с другом - сильное противоречие с современным пониманием темной материи. Это может указывать на то, что для решения тайны темной материи требуется новая фундаментальная физика.

Международная команда астрономов в этом исследовании состоит из Дэвида Харви (Laboratoire d'Astrophysique EPFL, Швейцария), Ф. Курбина (Laboratoire d'Astrophysique EPFL, Швейцария), Дж. П. Кнейб (Laboratoire d'Astrophysique EPFL, Швейцария, CNRS, Франция) , и Ян Г. Маккарти (Университет Ливерпуля Джона Мурса, Великобритания).

________________________________________________________________________________

Область вокруг скопления галактик MACS J1206.2-0847 (или MACS 1206).

Гигантская эллиптическая галактика в центре этого изображения,  является самым массивным и ярким галактического кластера Abell 2261. Астрономы называют его самой яркой кластерной галактикой (BCG). Имея длину по кругу чуть более миллиона световых лет, галактика примерно в 20 раз больше диаметра нашей галактики Млечный Путь.

Галактический кластер MACS J1206. Такие кластеры  имеют огромную массу, и их сила тяжести достаточно сильна, чтобы заметно сгибать путь света, как через лупу.

Это один из 25 кластеров, изучаемых в рамках программы CLASH (Cluster Lensing and Supernova survey with Hubble), крупного проекта по созданию библиотеки научных данных по линзирующим кластерам.

Гигантский кластер Abell 383 в центре этого изображения, содержит столько массы темного вещества, что его гравитация изгибает свет более отдаленных объектов.

Скопление галактик Abell S1063 и его окрестности.

Сердце обширного скопления галактик MACSJ1720 + 35

Сверхновая является членом специального класса взрывоопасной звезды под названием «Тип Ia», которая ценится астрономами, потому что она обеспечивает согласованный уровень пиковой яркости, что делает ее надежной для оценки расстояния.

Поиск сверхтяжелой линзы типа Ia дает астрономам уникальную возможность проверить оптический «рецепт» переднего линзового кластера. Сверхновая является одной из трех взрывоопасных звезд.

Галактика eMACSJ1341-QG-1. Желтая пунктирная линия прослеживает границы гравитационно-линзового изображения галактики. Вставка в левом верхнем углу показывает, как выглядел бы eMACSJ1341-QG-1, если бы мы наблюдали это напрямую, без объектива кластера. Резкое усиление и искажение, вызванные промежуточным массивным скоплением галактик (из которых только несколько галактик видны в этом увеличенном виде), очевидны.

http://www.ifa.hawaii.edu/info/press-releases/eMACSJ1341/

http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aa9fee/m...

Крайне далекие галактики, как правило, слишком слабы, чтобы их можно было увидеть даже самыми большими телескопами. Но природа имеет решение - гравитационное линзирование, предсказанное Альбертом Эйнштейном и наблюдаемое много раз астрономами. Теперь международная команда астрономов, возглавляемая Харальдом Эбелингом из Университета Гавайи, обнаружила один из самых экстремальных случаев увеличения гравитационным линзированием.

Используя космический телескоп Хаббла (HST), чтобы исследовать образец огромных скоплений галактик, команда обнаружила далекую галактику eMACSJ1341-QG-1, которая увеличена в 30 раз благодаря искажению пространства-времени, созданного массивным скоплением галактик названный eMACSJ1341.9-2441.

Основополагающий физический эффект гравитационного линзирования был впервые подтвержден во время солнечного затмения 1919 года и может значительно увеличить изображения отдаленных небесных источников, при условии, что между источником фона и нами, наблюдателями, будет достаточно массивный объект.

Галактические кластеры, огромные концентрации темной материи и горячего газа, окружающие сотни или тысячи отдельных галактик, все связанные силой тяжести, оцениваются астрономами как мощные «гравитационные линзы». Увеличивая галактики, расположенные за ними, массивные кластеры действуют как естественные телескопы, которые позволяют ученым изучать слабые и отдаленные источники, которые в противном случае были бы недоступны даже самым мощным искусственным телескопам.

«Очень высокое увеличение этого изображения, дает нам редкую возможность исследовать звездные популяции этого отдаленного объекта и, в конечном счете, восстановить его неискаженную форму и свойства», - заявляет член команды Йохан Ричард из Лионского университета, который расчеты линзирования.

Хотя аналогичные экстремальные увеличения наблюдались раньше, открытие устанавливает новую запись для увеличения редкой «покоящейся» фоновой галактики, которая, в отличие от нашего Млечного Пути, не образует новых звезд в гигантских облаках прохладного газа.

Руководитель группы Харальд Эбелинг объясняет: «Мы специализируемся на поиске чрезвычайно массивных кластеров, которые действуют как естественные телескопы, и уже обнаружили много интересных случаев гравитационного линзирования. Это открытие отличается тем, что, поскольку огромное увеличение, обеспечиваемое eMACSJ1341, позволяет нам детально изучить очень редкий тип галактики ".

Представляя конечную точку эволюции галактики, покоящиеся-остывающие, галактики распространены в локальной Вселенной. «Однако, поскольку мы смотрим на более далекие галактики, мы также оглядываемся назад во времени, поэтому мы видим объекты, которые моложе и еще не должны были израсходовать свои запасы вещества», - говорит Миккель Стокманн, член команды из Университета Копенгаген. и эксперт по эволюции галактик. «Понимание того, почему эта галактика уже прекратила формировать звезды, может дать нам критические сведения о процессах, которые влияют на развитие галактик».

Основанный в 1967 году, Институт астрономии в Гавайском университете в Маноа проводит исследования в области галактик, космологии, звезд, планет и солнца. Его преподаватели и сотрудники также участвуют в астрономическом образовании, космических полетах и в разработке