Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя

Глава 11-9-3
Астрономы разгадали тайну галактики, в которой, как предполагалось, нет темной материи

Апрель 2019

Ответы на вопросы о галактике NGC1052-DF2, как выяснили ученые, лежат на поверхности. Новые выводы могут приблизить нас к пониманию природы темной материи.

Темную материю можно без преувеличения назвать одной из главных загадок Вселенной. Стоит напомнить: это сугубо гипотетическая форма материи, которая не испускает электромагнитное излучение и напрямую не взаимодействует с ним. Если говорить проще, то ее невозможно обнаружить напрямую, используя существующие методы, однако расчеты показывают, что она существует. Причем не просто существует, но и занимает 22% от всего состава Вселенной.

То, что темная материя действительно есть, подтвердили многочисленные наблюдения за астрофизическими объектами, а также исследование гравитационных эффектов, которые они порождали.

Тем интереснее для ученых оказалась новость об обнаружении галактики, где, согласно ранним исследованиям, темной материи практически нет. Речь идет о NGC 1052-DF2 — ультрадиффузной (то есть с крайне низкой светимостью) галактике в созвездии Кита. Астрономы оценили массу галактики, и она практически совпала с массой ее светил. Это и позволило сделать вывод об отсутствии темной материи.

Однако сейчас исследователи усомнились в ранее полученных выводах. Международная команда во главе со специалистами Канарского института астрофизики решила перепроверить данные и неожиданно выяснила, что все аномальные измерения в предыдущем исследовании, которые указывали на отсутствие темной материи, зависели от расстояния до галактики, которое, как предполагали, составляет 64 миллиона световых лет. Используя данные обсерватории «Джемини» и космического телескопа «Хаббл», астрономы детально измерили расстояние до NGC 1052-DF2.

Полученные данные показали, что во время ранних исследований была допущена ошибка и настоящее расстояние до NGC 1052-DF2 — не 64 миллиона световых лет, а 42 миллиона. Исходя из этого, можно сделать вывод, что масса галактики составляет примерно половину от той, которую определили раньше, а масса звезд — лишь около четверти от того, что предполагал предыдущий анализ.

Таким образом, не только сама галактика имеет меньшую массу, но и доля «обычной» материи в ней меньше. Это подразумевает, что остальное должно быть темной материей.

_{naked-science.ru, 4 июня 2019, Илья Ведмеденко}

_{https://naked-science.ru/article/astronomy/astronomy-razgadali-taynu}

_{Международная команда во главе со специалистами Канарского института астрофизики}

Глава 11-9-4
Новая модель темной материи объяснила ее нехватку в паре далеких галактик

Сентябрь 2020

Доминирующая модель темной материи не смогла объяснить ее дефицит в ультрадиффузных галактиках NGC 1052-DF2 и NGC 1052-DF4, зато новая гипотеза дала точные предсказания. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.

По существующим представлениям, большая часть вещества в нашем мире представлена темной материей. В отличие от обычной, она вступает лишь в гравитационные взаимодействия, а в остальном остается совершенно невидима и неощутима. Тем не менее именно ее огромная масса определяет рост галактик и образование крупномасштабной структуры Вселенной.

Доминирующая на сегодня гипотеза «холодной темной материи» (CDM) подразумевает, что, помимо гравитации, они никак не взаимодействуют даже между собой. Менее распространенная гипотеза «самовзаимодействующей темной материи» (SIDM) считает, что такие частицы все же взаимодействуют за счет неизвестной «темной» силы.

Обе теории дают схожие предсказания о том, как темная материя задает крупномасштабную структуру Вселенной, однако ее поведение и распределение по внутренним областям галактик описывают по-разному. Такое сравнение удалось провести, наблюдая пару довольно необычных галактик NGC 1052-DF2 и NGC 1052-DF4 — спутниц более крупной NGC 1052, расположенных от нас примерно в 65 миллионах световых лет.

DF2 и DF4 — ультрадиффузные галактики, отличающиеся совсем слабой светимостью. Предполагается, что в таких галактиках доля темной материи особенно велика: при крайне малом количестве звезд масса их может быть сравнимой с массой Млечного Пути. Однако в этот раз все оказалось не так. «Наблюдения DF2 и DF4 показали, что отношение темной материи к массе звезд равно примерно единице, раз в 300 меньше ожидаемого, — говорит руководитель группы исследователей, профессор Калифорнийского университета в Риверсайде Хай-Бо Юй (Hai-Bo Yu).

Авторы работы предположили, что большую часть темной материи эти галактики потеряли из-за влияния гравитации массивной соседки NGC 1052. Чтобы проверить свою идею, они провели компьютерное моделирование этого процесса, опираясь на формулы как CDM-, так и SIDM-модели. Оказалось, второй вариант предсказывает потерю темной материи галактиками DF2 и DF4 намного точнее, чем распространенная модель «холодной темной материи».

По словам ученых, в рамках CDM внутреннее гало темной материи получается «слишком жестким» и устойчивым к действию приливных сил со стороны соседней гравитирующей галактики. В результате материя покидает гало с большим трудом, тогда как на примере галактик DF2 и DF4 мы наблюдаем совершенно иное. Зато в модели SIDM взаимодействия между частицами темной материи облегчает их уход, позволяя появляться таким объектам как DF2 и DF4.

_{naked-science.ru, 10 сентября 2020, Сергей Васильев}

_{https://naked-science.ru/article/astronomy/novaya-model-temnoj-materii-obyasnila-ee-nehvatku-v-pare-dalekih-galaktik}

_{Журнал Physical Review Letters. 2020}

_{Хай-Бо Юй (Hai-Bo Yu). Калифорнийский университет в Риверсайде}

_{https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.111105}