Удивительно плотная галактика JWST-ER1 и ее кольцо Эйнштейна, снятые космическим телескопом «Джеймс Уэбб» в прошлом году.
В огромном космосе внимание астрономов привлекает удивительно плотная галактика. Расположенная на расстоянии более семнадцати миллиардов световых лет от Земли галактика JWST-ER1, открытая благодаря космическому телескопу НАСА имени Джеймса Уэбба (JWST), дает ключ к разгадке загадочной природы темной материи.
Что такое кольцо Эйнштейна?
Когда свет от далекого источника, например галактики, проходит вблизи очень плотной массы, такой как другая галактика или скопление галактик, гравитация этой массы действует как линза, искажающая траекторию света. Это явление, предсказанное общей теорией относительности Альберта Эйнштейна, известно как гравитационное линзирование.
В конкретном случае с JWST-ER1 это гравитационное линзирование привело к удивительному эффекту, известному как кольцо Эйнштейна. Такое кольцо образуется, когда источник света, гравитационная линза и наблюдатель выровнены очень точно. Лучи света отклоняются вокруг промежуточной массы и в итоге встречаются на другой стороне, образуя световой круг.
Галактика плотнее, чем кажется
Оценив степень искажения пространства-времени, вызванного JWST-ER1g, исследователи пришли к выводу, что масса галактики примерно в 650 миллиардов раз больше массы Солнца, что делает ее одной из самых плотных галактик для своего размера.
Вычтя из этой общей оценки массу видимых звезд, физики смогли количественно оценить вклад темной материи в состав галактики. Согласно расчетам, она может составлять примерно половину наблюдаемой разницы в массе, что говорит о том, что для полного объяснения результатов наблюдаемого гравитационного линзирования может потребоваться еще один источник массы.
Фотография кольца Эйнштейна под названием JO418.
Несколько гипотез, в том числе связанные с темной материей
Исследователи выдвинули несколько идей, объясняющих природу этой дополнительной массы. Одна из них заключается в том, что популяция звезд в галактике JWST-ER1g плотнее, чем считалось ранее. Если это так, то это может способствовать появлению части наблюдаемой недостающей массы.
Другой сценарий заключается в том, что обычная материя (газ и звезды) сжимается и конденсируется в гало темной материи JWST-ER1g. Это сжатие может увеличить плотность материи в галактике, тем самым способствуя наблюдаемому расхождению в массе. Такое уплотнение может происходить в разных масштабах — от локальных звездообразующих областей до более крупных галактических структур, таких как спиральные рукава или активные галактические ядра.
Наконец, более смелая гипотеза касается самой природы темной материи. Исследователи рассматривают возможность того, что темная материя взаимодействует сама с собой, создавая самоподдерживающиеся процессы, которые влияют на ее плотность и распределение в галактике. Это взаимодействие могло бы объяснить наблюдаемое расхождение в массе, а также другие интригующие характеристики JWST-ER1g.
Объединив дополнительные наблюдения с компьютерным моделированием и продвинутыми теоретическими моделями, исследователи надеются выяснить происхождение этой дополнительной массы и получить детальное представление о сложной динамике JWST-ER1g. Эти глубокие исследования могут не только пролить свет на наше понимание темной материи и формирования галактик, но и открыть новые перспективы в фундаментальной физике Вселенной.
Подробности исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.
