В результаті вражаючого гравітаційного дослідження астрономи виявили таємничу, щільну краплю невидимої матерії, вбудовану в галактику, світло якої досягло нас за 7,3 мільярда років. Що саме може бути цією краплею, наразі залишається відкритим питанням, але вона абсолютно крихітна для відстані, на якій її було виявлено – лише приблизно в мільйон разів перевищує масу Сонця. Це найменший об’єкт, який можна знайти на основі гравітації на великих космічних відстанях, приблизно в 100 разів більший. «Це об’єкт з найменшою масою, відомий нам, на два порядки величини, який можна виявити на космологічній відстані за допомогою його гравітаційного ефекту», – пояснює команда під керівництвом астрофізика Девона Павелла з Інституту астрофізики імені Макса Планка в Німеччині. «Ця робота демонструє спостережливу можливість використання гравітаційної візуалізації для дослідження режиму мільйонної сонячної маси далеко за межами нашого локального Всесвіту». Виходячи з наших спостережень за Всесвітом, існує щось, що не випромінює світла і взаємодіє з рештою Всесвіту лише через гравітацію. Ми називаємо це чимось темною матерією, і існує кілька можливих пояснень того, чим це може бути. Консистенція матерії – гладка чи грудкувата – може допомогти вченим звузити її коло. Однак, оскільки темна матерія не випромінює світла, картографування її розподілу є складним завданням. Це підводить нас до гравітації. Все у Всесвіті, що має масу, змушує простір-час вигинатися навколо нього – чим більша маса, тим більша кривина простору-часу. Уявіть, скажімо, кулю для боулінгу на батуті. Якщо ви покотите кульку по розтягнутому килимку батута, вона піде по вигнутій траєкторії навколо кулі для боулінгу. А тепер уявіть, що куля для боулінгу – це галактика, а кулька – фотон. Сукупність фотонів з далекої галактики, що подорожують крізь простір-час, викривлений гравітацією ближчої галактики (кулі для боулінгу), досягне нас розтягнутим, спотвореним та збільшеним. Це те, що ми називаємо гравітаційною лінзою. Ці лінзи є блискучим інструментом для вивчення далекого Всесвіту, оскільки вони збільшують глибокий космос так, як це неможливо за допомогою технологій. Але астрономи також можуть використовувати це розтягнуте та спотворене далеке світло для картографування розподілу матерії в лінзі на передньому плані. Саме це Пауелл та його колеги й вирішили зробити, використовуючи розгалужену мережу телескопів, включаючи телескоп Грін-Бенк, антенну решітку з дуже довгою базою та Європейську інтерферометричну мережу з дуже довгою базою, щоб зосередитися на добре відомій системі гравітаційних лінз під назвою JVAS B1938+666. Ця система складається з галактики на передньому плані з часом світлового пробігу близько 7,3 мільярда років та більш віддаленої галактики з часом світлового пробігу приблизно 10,5 мільярда років, світло якої розтягнулося та збільшилося в чотири рази галактикою на передньому плані. Одне із зображень лінзованої галактики являє собою яскраву, розмазану дугу світла; у цій розмитій дузі дослідники виявили щось на кшталт защемлення. Дослідники встановили, що це защемлення не могло бути створене лише лінзуючою галактикою. Натомість винуватцем має бути згусток маси, що визначено з колосальним рівнем достовірності 26 сигма. «З першого зображення високої роздільної здатності ми одразу помітили звуження гравітаційної дуги, що є явним сигналом того, що ми натрапили на щось цікаве», — каже астроном Джон Маккін з Гронінгенського університету в Нідерландах. «Лише ще один невеликий скупчення маси між нами та далекою радіогалактикою міг би це спричинити». Ця маса не випромінює світла – ні в оптичному, ні в радіо-, ні в інфрачервоному діапазоні. Вона або повністю темна, або занадто тьмяна, щоб її було видно. Це означає, що існує кілька причин, якими вона може бути. Основними кандидатами є згусток темної матерії або карликова галактика, яка випромінює занадто мало світла, щоб ми могли його виявити. Наразі будь-який з варіантів є правдоподібним, і необхідні подальші дослідницькі зусилля для встановлення особи винуватця. «Враховуючи чутливість наших даних, ми очікували знайти принаймні один темний об’єкт, тому наше відкриття узгоджується з так званою «теорією холодної темної матерії», на якій базується значна частина нашого розуміння формування галактик», — каже Пауелл. «Знайшовши один, питання тепер полягає в тому, чи зможемо ми знайти більше, і чи їхня кількість все ще відповідатиме моделям». Результати досліджень були детально описані в супровідних статтях, опублікованих у журналах Nature Astronomy та Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.