Международная группа исследователей представила результаты анализа гравитационного линзирования квазара HS 0810+2554, которые помогли уточнить природу тёмной материи. Квазар, известный уникальным сочетанием оптического и двойного радиоизлучения, долгое время не поддавался точному моделированию из-за расхождений между предсказаниями классических теорий и наблюдаемыми данными.

Ранее учёные использовали модели, основанные на холодной тёмной материи (CDM) — общепринятой теории, предполагающей, что невидимая масса распределена в форме эллиптического гало вокруг галактик. Эти модели успешно описывали оптическое линзирование, создающее четыре изображения («квад»). Однако радиоизлучение, обнаруженное спустя почти 20 лет, выявило восемь отдельных источников, которые не совпадали с расчётами. Это указало на необходимость учёта сложных деформаций в гравитационном поле галактики-линзы.

Гравитационно-линзированные квазары, представленные телескопом «Хаббл». HS 0810+2554 — справа вверху. Источник: NASA, ESA, A. Nierenberg (JPL) and T. Treu (UCLA)

Для решения проблемы исследователи применили метод мультиполей — математических параметров, описывающих искажения массы. Например: «лопсайдность» (m=1) — смещение центра массы относительно видимой части галактики; «треугольность» (m=3) и «квадратность» (m=4) — деформации, напоминающие трёх- или четырёхлучевые структуры. Эти параметры позволили учесть не только эллиптическую форму, но и дополнительные «выпуклости» в распределении тёмной материи.

Учёные протестировали 64 варианта моделей, включая эллиптический степенной закон (EPL) — формулу, которая описывает, как плотность тёмной материи уменьшается с расстоянием от центра галактики. Наилучший результат показала модель с тремя мультиполями и переменным внешним сдвигом — эффектом, вызванным гравитацией соседних объектов. Интригующим открытием стал обратный порядок прихода радиоизображений (D → C → B → A), который противоречит оптическим данным. Это может объясняться смещением центра массы галактики-линзы — например, из-за недавнего столкновения с другой галактикой.

Результаты подтвердили, что стандартные модели CDM с учётом мультиполей способны объяснить аномалии без привлечения альтернативных теорий, таких как «пушистая» тёмная материя (FDM) — гипотеза, предполагающая, что невидимая масса состоит из сверхлёгких частиц, создающих «размытые» структуры. Однако для окончательных выводов нужны данные о временных задержках между появлением изображений. Современные радиотелескопы не могут точно измерить эти задержки из-за низкого разрешения, но новые инструменты, такие как Square Kilometre Array (SKA), позволят получить недостающую информацию и уточнить карту невидимой массы.

Подробнее на iXBT