Это составное изображение показывает распределение темной материи, галактик и горячего газа в центре галактического скопления Abell 520, образовавшегося в результате столкновения и смешения меньших, но тем не менее чрезвычайно массивных, скоплений. Скопление находится на расстоянии 2.4 миллиарда световых лет от нас. Изображение в видимом диапазоне получено при помощи телескопов Хаббл и CFHT (Канада-Франция-Гавайи) на Гавайях. На него наложено изображение в псевдоцветах, показывающее распределение звездного света, горячего газа и темной материи в скоплении.

Свет звезд, полученный при использовании CFHT, окрашен в оранжевый. Зеленые регионы показывают горячий газ, свечение которого заснято космической обсерваторией Чандра. Газ показывает, что этом регионе космоса недавно произошло (точнее, долгое время происходило) столкновение. Синий цвет показывает, где находится большая часть массы скопления, то есть, места скопления темной материи. Темная материя была добавлена при помощи гравитационного линзирования, искажающего снимки Хаббла. Темная материя невидима, но ее гравитационное поле открывает ее присутствие. Искривление света, проходящего недалеко от массивного объекта, изменяет своей направление – масса действует как линза. Это астрономы давно научились распознавать. Это позволило обнаружить, что темная материя скопления Abell 520 находится в основном в центре. Смесь синего и зеленого цвета в центре изображения показывает, что большое количество темной материи находится там же, где и горячий газ, но зато почти нет галактик. Это может оказаться проблемой для текущих теорий распределения темной материи, которая должна быть привязана к галактикам, даже во время столкновения. Галактики, в отличие от темной материи, разлетелись в разные стороны из-за столкновения.

«Результат странный и неожиданный, – говорит астроном Джеймс Джи, сотрудник Калифорнийского университета в Дэвисе, первый автор публикации работы. – Темная материя ведет себя не так, как мы предсказывали, и толком непонятно, что происходит. При помощи современных теорий развития галактик и поведения темной материи нельзя объяснить наблюдения, сделанные Хабблом».

Первоначальные наблюдения темной материи в скоплении, проведенные в 2007 году, были настолько неожиданным и противоречащими теории, что они были отброшены как недостаточно качественные и потому ошибочные. Но новые данные имеют высокое качество, и они ясно показывают, что темная материя и галактики в скоплении Abell 520 разнесены.

Столкновения скоплений галактик, крупнейших структур во Вселенной, – один из основных способов изучения свойств темной материи. При смешении двух скоплений ожидается, что галактики будут разлетаться вместе с темной материей. Эта гипотеза подтверждалась наблюдениями в видимом и рентгеновском диапазонах. Группирование галактик и темной материи в скоплении Пули (1E 0657-558) полностью совпало с теоретически предсказанным и стало примером поведения темной материи.

Изучение скопления Abell 520 показывает, что поведение темной материи на самом деле не так просто. Снимки скопления показывают, что ядро системы богато темной материей и горячим газом, но не содержит ярких галактик. Наблюдения скопления Пули показывали обратное: галактики и темная материя двигались вместе, а горячий газ путешествовал отдельно. Наблюдения горячего газа были сделаны при помощи обсерватории Чандра, и темной материи – телескопами CFHT и Субару, наложенными на широкоугольные снимки Хаббла для выявления искажений света, вызванных гравитационным линзированием. Все эти данные подтвердили то, что было получено Хабблом в 2007 году.

«Мы знаем шесть скоплений галактик, сталкивающихся на больших скоростях, для которых изучено распределение темной материи, – говорит Джи. – Но только Abell 520 и скопление Пули показывают отчетливые признаки недавнего смешения, и они противоречат друг другу. Ни одна теория не может объяснить оба этих скопления. Нам нужно получить больше примеров».

Команда Джеймса Джи выдвинула несколько предположений, объясняющих полученный ими результат, но ни одно из них не способно занять место общепринятой прочной гипотезы. Согласно одной из предложенных гипотез, часть темной материи может легко проходить через другую темную материю, а часть – нет. При столкновении галактики обычная материя неизбежно сталкивается и разлетается, а вот темная материя – нет. Часть ведет себя точно также и движется вместе с галактиками обычной материи – это объясняет наблюдения скопления Пули. Часть же проходит через зону столкновения без взаимодействия с темной материей и продолжает движение к центру, что объясняет наблюдения скопления Abell 520.

Другое, наиболее привлекательное и разумное объяснение, заключается в том, что столкновение, приведшее к образованию скопления Abell 520 было намного более сложным, чем столкновение, породившее скопление Пули. Например, скопление Abell 520 могло образоваться при слиянии сразу трех скоплений, а не двух. Преимущество этого предположения в том, что оно объясняет различие в наблюдениях двух скоплений, недостаток же в том, что оно не предлагает конструктивных теорий, описывающих астрономические данные.

Наконец, есть еще более простое объяснение. На самом деле, в ядре скопления Abell 520 полно галактик, но они слишком тусклые даже для Хаббла. Это хорошая теория, и группа Джи планирует проверить ее, основываясь на математическом моделировании и данных телескопа Хаббл.