Космическая линза показала невидимый сгусток тёмной материи экспресс
Лупа собирает солнечный свет в яркую точку. Если на стекле есть крошечный дефект, световое пятно исказится. Примерно так работает гравитационное линзирование: массивная галактика изгибает лучи света от более далёкого источника, создавая увеличенное и порой искажённое изображение. В системе PJ011646 астрономы использовали телескоп ALMA, чтобы заглянуть сквозь космическую линзу — эллиптическую галактику — на ещё более далёкую галактику, видимую в миллиметровом диапазоне.
В изображении линзированной галактики учёные заметили едва уловимые изломы и смещения, которые нельзя объяснить одной лишь формой линзирующей галактики. Такие искажения возникают, когда на пути света встречается невидимый массивный объект — сгусток тёмной материи (таинственной субстанции, которая не испускает и не поглощает свет, но проявляет себя через гравитацию). Анализ показал, что этот сгусток весит как примерно 28 миллиардов Солнц, но сосредоточен в области размером всего в несколько тысяч световых лет. Для сравнения: если бы наше Солнце было размером с горошину, то этот сгусток был бы как футбольный мяч, собранный из миллионов таких горошин.
Самое интересное, что масса этого объекта — около 28 миллиардов солнечных — попадает в тот диапазон, где теории холодной и тёплой тёмной материи предсказывают разное количество таких сгустков. Холодная тёмная материя (состоящая из медленных, тяжёлых частиц) допускает множество маленьких сгустков, а тёплая (более лёгкие и быстрые частицы) — гораздо меньше. Находка подтверждает, что метод гравитационного линзирования с высоким разрешением способен заглянуть в этот критический диапазон масс и в будущем поможет выбрать между конкурирующими гипотезами.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2605.21212
We present a strong lensing analysis of the system PJ011646 using high-resolution ($$\sim$$0.1 arcsec) Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) dust-continuum observations to test for the presence of dark matter substructures. The lens mass distribution is modelled with an elliptical power law and third- and fourth-order multipoles (PL+MP; $$m=3,4$$), plus external shear. The multipoles have amplitudes of $$\simeq$$1.5 per cent of the convergence, consistent with nearby early-type galaxies, and improve the fit by $$\Delta\ln Z = 52.1$$ relative to a pure PL model. Using this best-fitting macromodel, we perform a grid-based subhalo search in the image plane, parametrising the perturber as a spherical NFW. A subhalo in two locations in the image plane improves the fit by $$\Delta\ln Z>10$$. Both correspond to the same location in the source plane, so they are partially degenerate; follow-up analysis suggests that only one is physically real. This is a subhalo of mass $$M_{200} = {2.78}_{-0.66}^{+0.43} \times 10^{10} \, M_\odot$$ and concentration $$c_{200} = 30_{-7}^{+5}$$, detected at $$\sim$$5.8$$\sigma$$ significance (relative to the PL+MP). This concentration is consistent with that expected for a typical tidally stripped Navarro-Frenk-White subhalo. The enclosed projected mass is most tightly constrained within a radius of 2 kpc, where we infer $$M_{\rm sub} = {3.57}_{-0.14}^{+0.16}\times 10^9 \, M_\odot$$. From grid cells consistent with no detection ($$\Delta \ln Z < 10$$), we derive limits on the minimum subhalo mass that could have been detected at $$3\sigma$$ significance, finding $$M_{200} \approx 8 \times 10^{8} \, M_\odot$$ in the most sensitive regions of the lensed arcs. This demonstrates that ALMA continuum imaging at sub-arcsecond resolution can probe dark matter substructure in a mass regime where cold and warm dark matter models predict different abundances of subhalos.
Тёмной материи во Вселенной примерно в пять раз больше, чем обычной — той, из которой состоят звёзды, планеты и мы с вами. Но мы до сих пор не знаем, из каких частиц она состоит.
В романе «Тёмный лес» Лю Цысиня тёмная материя используется как оружие — невидимые сгустки способны разрушать целые флоты. Реальность, возможно, не так драматична, но столь же загадочна.