Темной материей астрономы называют до сих пор во многом гипотетическое вещество в космическом пространстве, которое проявляет себя исключительно через гравитационное взаимодействие с галактиками и галактическими кластерами, внося искажения в их взаимное притяжение и вращение.
Частицы темной материи, если она действительно существует, не взаимодействуют с какими-либо видами электромагнитного излучения, а потому не могут быть зафиксированы в ходе непосредственных наблюдений.
Существует несколько теорий, описывающих свойства частиц темной материи, однако для их проверки астрономам необходимо иметь представления о трехмерной структуре Вселенной, простирающейся на миллиарды световых лет от Земли.
Современные оптические телескопы, изучающие строение вселенной, распределение в ней галактик и их скоплений, для построения такой структуры чрезвычайно неэффективны – космические объекты, находящиеся на расстоянии более 5 миллиардов световых лет от Земли, слишком тусклы для них.
Авторы нового исследования под руководством Цзю Чин Чана из Китайской Академии в Тайпее и Университета Торонто в Канаде считают, что изучение строения Вселенной в большом масштабе возможно с помощью радиоволн.
Их методика подразумевает изучение радиоволн, испускаемых атомами водорода – наиболее распространенного элемента во Вселенной. Он служит основным веществом, питающим термоядерные реакции в недрах звезд, находится в свободном виде в форме газовых облаков внутри галактик, а также присутствует в межзвездном и межгалактическом пространстве.
Чем дальше находится то или иное водородное скопление от Земли, тем сильнее его радиоизлучение, называемое 21-сантиметровым, смещено в сторону более длинных радиоволн. При этом интенсивность такого излучения пропорциональна количеству водорода, а следовательно, по ней можно определить, что именно находится в данном участке вселенной – большая или маленькая галактика, или чрезвычайно разреженное межгалактическое облако водорода.
В экспериментальной работе с переоборудованным телескопом Грин-Бэнк в Западной Виргинии, США, ученые обнаружили, что, даже не обладая достаточным угловым разрешением, необходимым для выявления отдельных галактик, этот телескоп сумел довольно точно выявить структуру крупных объектов, которая совпала с той, что уже была выявлена на этом участке космического пространства во время предыдущих работ астрономов с оптическими телескопами.
При этом методика позволяет учитывать и вычленять из принимаемого радиосигнала помехи, создаваемые более близкими к земле объектами, водородом в нашей собственной Галактике и искусственными источниками радиоизлучения.
Ученым удалось без особого труда выявить структуру крупных объектов Вселенной, находящихся на небольшом участке звездного неба на расстоянии от 6 миллиардов до 12 миллиардов световых лет от Земли, что потребовало бы куда больших усилий при работе с оптическими инструментами.
С помощью телескопа, который специально спроектировали для изучения Вселенной новым методом, ученые смогут достаточно быстро получить структуру до 50% всех крупных объектов Вселенной, тогда как сегодня у астрономов есть только 0,1%.
"С помощью наших наблюдений мы выявили в десять раз больше водорода в космосе, чем за всю историю астрономических наблюдений, причем на расстояниях, в десять раз превышающих до сих пор считавшиеся предельными для радиотелескопов", – сказал Ю Ли Пень из Университета Торонто.
Главные темы