Новый метод изучения тёмной материи показал, что она бывает горячей
Астрофизики придумали новый способ измерять количество тёмной материи и выяснять её свойства. Речь идёт о наблюдении скоплений звёзд в карликовых галактиках. Применение этой техники к галактике Эридан II дало интригующие результаты: тёмная материя является "горячей", то есть её частицы движутся со скоростью, сравнимой со скоростью света. О достижении рассказывает научная статья, опубликованная в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society группой во главе с Алессией Гуаландрис (Alessia Gualandris) из Университета Суррея, Великобритания.
Астрономы давно знают, что в галактиках и скоплениях галактик присутствует вещество, неразличимое ни в какие телескопы и проявляющее себя только гравитационным воздействием на видимую материю.
Безусловно, часть его составляют обыкновенные тусклые астрономические объекты: чёрные дыры, нейтронные звёзды, бурые карлики, холодный газ и так далее. Но особенности распределения реликтового излучения вкупе с многократно проверенными космологическими моделями говорят о том, что этого недостаточно.
В связи с этим большинство специалистов считает, что существенную часть скрытой массы, или, как её ещё называют, тёмной материи, составляют неизвестные науке частицы. На Земле действуют большие детекторы, задача которых уловить эту частицу, но пока эти усилия не увенчались успехом.
Кроме того, иногда наблюдатели обнаруживают то или иное излучение со странными характеристиками и неизвестным источником, и тогда подозрение падает на тёмную материю. Этой субстанцией, как Божьим промыслом, удобно объяснять любой непонятный астрофизический процесс. Так обстоит дело, например, с загадочной линией в рентгеновском спектре некоторых скоплений галактик или с избытком антиматерии вблизи Земли.
Тем не менее связь тёмной материи с этими явлениями пока не установлена. Поэтому единственным надёжным методом её изучения остаётся тот, который и привёл к её открытию: наблюдение за видимым веществом, на которое скрытая масса действует своей гравитацией.
Особенно важно понять, как распределена тёмная материя в карликовых галактиках. Разобравшись, собрана ли она в плотный комок в центре "звёздного острова" или "размазана" по гораздо более крупным объёмам, можно сделать важные выводы о её физической природе.
Загвоздка в том, что в карликовых галактиках всего десятки тысяч или даже тысячи звёзд. (Для сравнения: Млечный Путь насчитывает сотни миллиардов светил.) Кроме того, там почти нет межзвёздного газа. Некоторые из таких систем и вовсе состоят из скрытой массы на 99%. До сих пор у астрофизиков не было действенного способа измерять распределение тёмной материи при таком дефиците материи обычной.
Группа Гуаландрис предложила такой метод. Учёные смоделировали движение светил в звёздных скоплениях. При этом учитывалось множество факторов, таких как эволюция звёзд, динамическое трение (замедление движущегося тела под действием гравитации других тел), внешние приливные силы и так далее. Итогом работы стал алгоритм, который по наблюдаемому движению звёзд в скоплении восстанавливает распределение тёмной материи.
Метод опробовали на карликовой галактике Эридан II, содержащей одиночный звёздный кластер примерно в 45 парсеках от центра.
Филиппо Контента (Filippo Contenta) из Университета Суррея, первый автор исследования, поясняет в пресс-релизе университета: "Мы разработали новый инструмент, чтобы выявить природу тёмной материи, и результаты уже являются захватывающими. Эридан II, одна из самых маленьких известных галактик, имеет меньше тёмной материи в своём центре, чем ожидалось. Если аналогичные результаты будут получены для более широкого круга галактик, это может иметь серьёзные последствия для [взглядов на] природу тёмной материи".
Дело в том, что результаты вступили в противоречие с классической моделью холодной тёмной материи, согласно которой её частицы движутся со скоростью, много меньшей скорости света. Оказалось, что тёмная материя в Эридане II горячая, то есть скорости частиц околосветовые.
Джастин Рид (Justin Read), соавтор исследования из Университета Суррея, добавляет: "Одна из возможностей заключается в том, что тёмная материя в самом центре Эридана II была "разогрета" сильным звёздообразованием, как это было предложено некоторыми недавними численными моделями. Однако более неприятная возможность заключается в том, что тёмная материя более сложна, чем мы предполагаем на сегодняшний день".
Свидетельств того, что тёмная материя не так проста, как кажется, накопилось уже немало. "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) ранее писали о том, как к тому же выводу привели наблюдения скоплений галактик и спутников Млечного Пути.