Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя

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}