Космологические приложения

Картирование тёмной материи

Слабое линзирование позволяет восстановить проекцию поля плотности массы (convergence map):

κ(θ)=3H02Ωm2c2∫0χhdχa(χ)fK(χh−χ)fK(χh)δ(χ,θ),κ(θ)=2c23H02Ωm∫0χha(χ)dχfK(χh)fK(χh−χ)δ(χ,θ),

где δδ – флуктуации плотности, χχ – сопутствующее расстояние, a(χ)a(χ) – масштабный фактор.

Пример: проект Dark Energy Survey (DES) построил карты распределения тёмной материи для ~100 млн галактик.

Ограничение космологических параметров

Измеряя степень корреляции сдвигов (cosmic shear), можно определить:

σ8σ8 – амплитуду флуктуаций плотности.

ΩmΩm – плотность материи во Вселенной.

ww – параметр уравнения состояния тёмной энергии.

Например, данные Euclid (ESA) позволят измерить ww с точностью до ~1%.

Современные и будущие проекты

Dark Energy Survey (DES) – наземный обзор (2013–2019), изучивший 5000 deg².

Euclid (ESA, 2023–2030s) – космический телескоп, который измерит формы 1.5 млрд галактик.

LSST (Vera C. Rubin Observatory) – обзор всего южного неба с 2025 года.

Эти проекты используют многополосную фотометрию для оценки фотометрических красных смещений и байесовские методы для 3D-реконструкции массы.

Перспективы

Слабое линзирование остаётся одним из ключевых методов изучения тёмной материи и тёмной энергии. С ростом объёмов данных (до петабайт в LSST/Euclid) развиваются методы искусственного интеллекта (например, свёрточные нейросети для анализа shear-полей) и гибридные подходы (комбинация с сильным линзированием и CMB-lensing).

Таким образом, слабое линзирование – это уникальный инструмент, позволяющий "увидеть невидимое" и проверить фундаментальные законы космологии.

Микролинзирование и MACHO: кратковременное усиление света звезд

Микролинзирование – это астрофизическое явление, при котором свет далекой звезды временно усиливается из-за гравитационного воздействия компактного массивного объекта (линзы), находящегося на линии наблюдения.

Роль MACHO в микролинзировании

MACHO (Massive Compact Halo Objects) – гипотетические объекты, состоящие из барионной материи (например, черные дыры, нейтронные звезды, коричневые карлики или свободно плавающие планеты), которые могут входить в состав темной материи гало галактик.

Если MACHO проходит между Землей и фоновой звездой, его гравитационное поле искривляет свет, создавая эффект линзы:

Усиление яркости звезды (может достигать десятков раз).

Кратковременность (от дней до месяцев) – зависит от массы линзы и относительных скоростей.

Симметричная кривая блеска (резкий подъем и плавный спад).

Поиск темной материи через микролинзирование

В 1990-х проекты OGLE, MACHO и EROS наблюдали за миллионами звезд в Магеллановых Облаках и Млечном Пути, пытаясь обнаружить MACHO. Результаты:

Некоторые события микролинзирования зафиксированы, но их количество слишком мало, чтобы объяснить всю темную материю.

MACHO, вероятно, составляют лишь небольшую долю темной материи (менее 20%).

Альтернативы MACHO

Сейчас основными кандидатами в темную материю считаются небарионные частицы (например, WIMP – Weakly Interacting Massive Particles), но микролинзирование остается важным методом поиска компактных объектов.

Вывод: MACHO могли бы объяснить часть темной материи, но наблюдения показывают, что их недостаточно. Микролинзирование помогает изучать как компактные объекты, так и распределение массы в Галактике.

Глава 4. Доказательства существования тёмной материи: случай скопления Bullet Cluster

Одним из наиболее убедительных астрофизических доказательств существования тёмной материи является наблюдение скопления Bullet Cluster (1E 0657-558) – системы двух сталкивающихся галактических скоплений. Этот объект предоставляет ключевые данные, демонстрирующие разделение видимой (барионной) и гравитационно-доминирующей (тёмной) материи.