Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя

Глава 11-1-23
Другие сложности в теории холодной тёмной материи

Существует еще несколько расхождений между предсказаниями модели холодной тёмной материи и наблюдениями галактик и их скоплений.

1. Проблема отсутствующих спутников (англ. the missing satellites problem): моделирование в рамках теории холодной тёмной материи предсказывает гораздо большее количество карликовых галактик, чем наблюдается вокруг галактик типа Млечного Пути.

По состоянию на май 2020 года, известно 59 карликовых галактик, которые могут являться спутниками Млечного Пути, не считая Магеллановых облаков, областей с повышенной плотностью звёзд в Большом Псе и Гидре, а также разрушаемых приливными силами Волопаса III и карликовой галактики в Стрельце. При этом далеко не все они действительно являются постоянными спутниками: по данным опубликованного в 2021 году исследования, скорость их движения, момент импульса и энергия указывают на то, что они взаимодействуют с Млечным Путём недостаточно долго (меньше 2 миллиардов лет), чтобы можно было говорить об устойчивом характере гравитационной связи.

Однако результаты моделирования предсказывают наличие порядка 500 карликовых галактик-спутников у Млечного Пути.

Для разрешения данной проблемы существуют две главные альтернативные модели. Одна из них заключается в том, что меньшие гало действительно существуют, но только часть из них становится видимой, поскольку оставшиеся не способны притянуть достаточное количество барионного вещества для создания наблюдаемой карликовой галактики. По данным наблюдения обсерватории Кека в 2007 году было открыто 8 ультраслабых карликовых спутника Млечного Пути, 6 из которых по оценкам на 99,9% состоят из тёмной материи (отношение масса-светимость достигает 1000). Другим решением проблемы может являться предположение о слиянии или приливном разрушении карликовых галактик крупными при сложной конфигурации взаимодействия. Приливное удаление вещества является проблемой для обнаружения карликовых галактик, поскольку в таком случае галактики обладают крайне низкой поверхностной яркостью и являются очень рассеянными, поэтому их практически невозможно наблюдать.

2. Проблема диска спутников: карликовые галактики вокруг Млечного Пути и Туманности Андромеды по наблюдательным данным обращаются в пределах тонких плоских структур, но моделирование показывает, что орбиты спутников должны быть ориентированы случайным образом.

3. Проблема морфологии галактик: если галактики растут иерархически, то для возникновения массивных галактик требуется много слияний. Крупные слияния создают классические балджи. Но 80% наблюдаемых галактик не имеют балджа, при этом существует много гигантских дисковых галактик без балджа. Доля галактик без балджа примерно постоянна в последние 8 млрд лет.

Для некоторых проблем были предложены решения, но пока остаётся непонятным, могут ли проблемы быть решены без отбрасывания парадигмы холодной тёмной материи.