Астрономы из Пекинского педагогического университета (BNU) совместно с исследователями из Гонконгского университета (HKU) впервые получили предсказания гравитационного линзирования напрямую из трехмерных волновых симуляций. Работа опубликована в журнале The Astrophysical Journal Letters. Ученые стремились проверить, как гипотетическая «размытая» темная материя, состоящая из ультралегких частиц, влияет на искривление света далеких объектов.
Гравитационное линзирование возникает, когда гравитация массивного объекта отклоняет свет от более далекого источника, создавая искаженные множественные изображения галактик. Астрономы давно используют этот эффект для изучения темной материи — невидимой субстанции, которая, по оценкам, составляет около 85 процентов всей материи во Вселенной. Темная материя не испускает, не поглощает и не отражает свет, а также отсутствует в Стандартной модели физики элементарных частиц.
За последнее десятилетие накопились астрономические данные, указывающие на то, что темная материя может состоять из ультралегких частиц. Из-за чрезвычайно малой массы они ведут себя коллективно как волны, поэтому такую форму называют «размытой» темной материей. В местах наложения волн возникают интерференционные картины, создающие неоднородное распределение массы, что сказывается на искривлении проходящего света и может смещать видимое положение линзированных изображений.
Исследовательская группа под руководством Пекинского педагогического университета сравнила свои предсказания с наблюдаемыми позициями множественных изображений хорошо изученного квазара — яркого ядра галактики. Волновые симуляции совпали с этими позициями точнее, чем обычно используемые модели, протестированные в работе. Это не доказывает природу темной материи, но показывает, что наблюдения линзированных систем с высоким разрешением помогут проверить гипотезу об ультралегких частицах.
Работа началась с визитов в BNU профессора Джереми Лима и доктора Амрута Альфреда из HKU, которые сотрудничали с доктором Чжэнсяном Ли и аспирантом Цзяцзюнем Чжоу — ведущим автором исследования — в группе профессора Цзун-Хуна Чжу. «Мы были очень рады увидеть, что предсказали симуляции, поскольку заранее не знали, каких наблюдаемых сигналов ожидать. Цзяцзюнь очень много работал, чтобы быстро получить эти замечательные результаты, и мы считаем, что это открыло совершенно новые пути для будущих исследований природы темной материи с помощью линзирования», — отметили авторы.
Сейчас исследователи расширяют работу за пределы позиций изображений, изучая другие возможные эффекты размытой темной материи, включая изменения яркости гравитационно линзированных изображений. Источником информации выступил портал SciTechDaily.