Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя

Глава 11-5-7
Звезды разогревают темную материю

Январь 2019

Ученые обнаружили, что темная материя может быть нагрета и приходить в движение в результате формирования звезд в галактиках. Это исследование впервые подтверждает наблюдениями эффект, известный как «нагрев темной материи», и дает новые ключи к пониманию этой таинственной субстанции. В этой новой работе ученые во главе с Джастином Ридом (Justin Read) из Университета Суррея, Великобритания, поставили целью обнаружить свидетельства присутствия темной материи в центрах близлежащих карликовых галактик. Исследование опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Карликовые галактики – это небольшие, тусклые галактики, которые обычно обращаются вокруг более крупных галактик, таких как Млечный путь. Изучение карликовых галактик может дать ключи к пониманию темной материи. Темная материя, предположительно, составляет большую часть массы Вселенной. Однако, поскольку она не взаимодействует со светом так же, как нормальная материя, присутствие темной материи выявляется лишь по ее гравитационным эффектам. Ключ к ее изучению, тем не менее, может лежать в процессах формирования звезд в галактиках.

Когда в галактике формируются новые звезды, мощные звездные ветра могут отталкивать газ и пыль от центра галактики. В результате в центре галактики остается меньше массы, и гравитационное воздействие на темную материю в этой галактике уменьшается. В результате ослабления гравитационного притяжения темная материя получает дополнительную энергию и мигрирует в стороны от центра галактики – эффект, называемый «разогревом темной материи». Команда Рида измерила количества темной материи в центрах 16 карликовых галактик с различными историями звездообразования. Анализ показал, что галактики, в которых звездообразование прекратилось очень давно, имеют более высокую плотность темной материи в центрах, по сравнению с галактиками, в которых звездообразование происходит до сих пор. Эти наблюдения свидетельствуют в пользу гипотезы, согласно которой в более древних галактиках почти не происходит разогрева темной материи, считают авторы.

_{AstroNews , 05 января 2019}

_{https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20190105222646}

_{Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2019}

_{Джастин Рид (Justin Read) из Университета Суррея, Великобритания}

Глава 11-5-8
Вращение карликовых галактик не смогли объяснить имеющимися теориями

Декабрь 2019

Ученые не смогли выявить явного лидера среди теорий, предложенных для объяснения разнообразия особенностей вращения карликовых галактик. Оказалось, что все варианты лишь частично справляются с задачей: ни одна из теорий не в состоянии воспроизвести всю полноту наблюдающихся параметров, пишут авторы в препринте на сайте arXiv.org.

Основные видимые компоненты галактик — это звезды и газ, причем по их концентрации можно определить из наблюдений яркости свечения в различных диапазонах спектра. Если предположить, что на это вещество приходится большая часть массы галактики, то из полученного распределения можно теоретически вычислить кривую вращения — зависимость скорости движения звезд по галактическим орбитам в зависимости от расстояния до центра.

В большинстве случаев сделанное таким образом предсказание не сойдется с наблюдениями. Например, в крупных спиральных галактиках, как правило, скорость довольно резко увеличивается недалеко от центра, а затем слабо меняется вплоть до очень больших расстояний. Но исходя из оценки плотности на основе светящегося вещества, должен наблюдаться менее резкий рост, достижение максимума и снижение на окраине.

Для объяснения этого расхождения было предложено несколько теорий. Наиболее популярная на данный момент предполагает существование темной материи. Это вещество не излучает и не поглощает свет, но обладает массой, из-за чего может влиять на движение обычной материи. Для большинства крупных галактик и их скоплений очень простое распределение массы в окружающем их гало из темной материи позволяет привести теорию в соответствие с наблюдениями.

Но для карликовых галактик, у которых наблюдается большее разнообразие форм кривых вращения, зачастую такого сделать не удается. В частности, в таких системах кривые вращения могут расти в центре еще быстрее, чем ожидается при наличии темной материи, или, наоборот, проходить ближе к предсказаниям теории вообще без невидимого компонента Вселенной. В первом случае это указывает на повышенную плотность массы в центре, а во втором — пониженную.

Астрофизики при участии Изабель Сантос-Сантос (Isabel Santos-Santos) из Университета Виктории в Канаде проанализировали имеющиеся теории, которые используются для объяснения кривых вращения карликовых галактик. Авторы разбили их на четыре категории: барионные эффекты (мощные течения из системы или в ее центр), физика темной материи (возможность участия частиц темной материи не только в гравитационном взаимодействии), нестандартные законы ускорения обычной материи (модифицированная гравитация на малых ускорениях) и неточности определения скоростей (возможность преобладания эллиптических, а не круговых орбит в центре).

В результате астрономы пришли к выводу, что ни один из рассмотренных вариантов не способен описать все наблюдательные данные. В то время как большинство теорий могут объяснить отдельные аспекты, хуже всего себя проявили нестандартные законы ускорения: они не могут правильно воспроизвести ключевой параметр — скорость во внутренних регионах галактик. Отдельно авторы пишут, что значительную часть данных удается описать эллиптическими траекториями объектов в центральных частях галактик, но в таком случае требует отдельного объяснения то обстоятельство, что этот эффект значим только в случае галактик с низкой поверхностной яркостью.

_{nplus1.ru, 3 декабря 2019, Тимур Кешелава}

_{https://nplus1.ru/news/2019/12/03/dwarf-galaxy-rotation}

_{Сайт arXiv.org}

_{Изабель Сантос-Сантос (Isabel Santos-Santos) из Университета Виктории в Канаде}

_{https://arxiv.org/abs/1911.09116}