Текст уведомления здесь

Доказательство от противного

Почему обнаружение галактики без темной материи доказывает существование темной материи

Группа американских астрономов обнаружила галактику, в которой, по всей видимости, практически нет темной материи. Это открытие смело можно назвать сенсационным: во-первых, ничего подобного раньше обнаружить не удавалось, а во-вторых, замеченная «пропажа» темной материи может оказаться очень толстым гвоздем в крышку гроба теорий, гласящих, что никакой темной материи нет.
Добавить в закладки
Комментарии

Вопрос о том, что же такое темная материя, относится к числу фундаментальных проблем современной физики. Ни один из специально построенных детекторов пока не зарегистрировал частицы темной материи, однако астрономы наблюдают некую скрытую массу внутри галактик. Эта невидимая масса не может быть ни межзвездной пылью, ни одинокими планетами или астероидами, ни даже нейтрино, частицами, которые едва взаимодействуют с веществом. Темная материя, согласно наиболее распространенной точке зрения среди физиков, состоит из каких-то еще неизвестных элементарных частиц. При этом есть и не слишком популярные альтернативные гипотезы — вплоть до предположения о том, что никакой невидимой массы на самом деле нет, но закон всемирного тяготения в привычном нам виде попросту неверен.

Темную материю выявляют несколькими независимыми способами, и один из них заключается в измерении скорости движения звезд внутри галактик. Согласно классической небесной механике, звезды вдали от центра галактики должны двигаться медленнее, чем расположенные на меньших расстояниях, однако на практике это правило не выполняется. Парадокс, известный как «кривая вращения галактик», был впервые зафиксирован еще в 1930-е годы, а на рубеже 1960-х и 1970-х годов проведенные астрофизиком Верой Рубин точные измерения не оставили места сомнениям: внутри галактик должна быть еще какая-то масса, образующая невидимое облако или галактическое гало.

Данные, представленные Верой Рубин в 1980 году на страницах Astrophysical Journal. Скорость звезд должна была бы снижаться по мере удаления от ядра галактик, однако вместо этого она остается более-менее постоянной. Иллюстрация: Kot Da Vinchi / Wikimedia
Данные, представленные Верой Рубин в 1980 году на страницах Astrophysical Journal. Скорость звезд должна была бы снижаться по мере удаления от ядра галактик, однако вместо этого она остается более-менее постоянной. Иллюстрация: Kot Da Vinchi / Wikimedia

Модель, демонстрирующая расхождение между фактической скоростью вращения галактик и предсказанием, не учитывающим эффект темной материи. Источник: NASA Goddart / Youtube

Развитие технологий позволило астрономам провести еще более точные наблюдения и проверить гипотезу о темной материи другими методами — например, оценив массу темной материи по отклонению лучей света далекими галактиками: невидимая, но создающая гравитационное поле масса в соответствии с общей теорией относительности работает как гигантская линза. Кроме того, появление космических рентгеновских телескопов дало возможность зафиксировать потоки раскаленной плазмы и по их скорости опять-таки оценить массу той галактики, от ядра которой эта плазма движется. Сочетание разных методов привело ученых к соотношению порядка 1:5, то есть темной материи должно быть примерно в пять раз больше обычной.

Однако в галактике, обозначенной как NGC1052-DF2, темной материи по меньшей мере в 400 раз меньше, чем должно было бы быть. Как пишут авторы новой публикации, результаты измерений, проведенных при помощи 10-метрового телескопа обсерватории Кека и космического телескопа «Хаббл» (это лучшие из имеющихся на сегодня астрономических инструментов), допускают и то, что темной материи в NGC1052-DF2 нет вовсе. Эта видимая только в крупные телескопы галактика имеет суммарную светимость на уровне ста миллионов таких звезд, как Солнце, а ее масса выше массы Солнца примерно в двести миллионов раз — по этим параметрам NGC1052-DF2 не слишком выбивается из общего ряда. А вот то, что внутри нее обнаруживается десять сравнительно ярких объектов и за счет этого на ряде снимков галактика оказывается совокупностью ярких точек вместо размытого облачка, уже гораздо более интересный факт; именно он заставил астрономов развернуть в сторону NGC1052-DF2 телескопы с плотно забитым графиком работы.

На видео: приближение от снимка небосвода невооруженным взглядом до наблюдения NGC 1052-DF2 телескопом «Хаббл» / HybbleESA / youtube

По заключению исследователей, эти яркие точки являются шаровыми звездными скоплениями, однако их число и распределение светимостей настолько необычно, что астрономы даже отказались подробно рассказывать об этих объектах в настоящей публикации и пообещали вернуться к этому подробнее в другой публикации, все еще находящейся в процессе подготовки. Сегодняшняя статья содержит перечень скоростей выявленных учеными шаровых скоплений и однозначный вывод: темной материи в галактике меньше, чем обычной. Если сравнивать NGC1052-DF2 с другими галактиками такой же массы, то невидимое гало из темной материи должно было бы быть в четыреста раз тяжелее того, что получается у астрономов, и это чрезвычайно необычный результат.

Гало темной материи вокруг «обычной» галактики (результат компьютерного моделирования). Иллюстрация: Cosmo0
Гало темной материи вокруг «обычной» галактики (результат компьютерного моделирования). Иллюстрация: Cosmo0

Ученые указывают на возможность формирования подобной галактики в результате выброса газа из двух обычных галактик в процессе их слияния или из вещества, выброшенного квазарами в виде струи плазмы с очень высокой скоростью. Голубоватый оттенок NGC1052-DF2 говорит о том, что в галактике много звезд с низким содержанием элементов тяжелее водорода и гелия — на языке астрофизиков это звучит как «низкая металличность».

Что дальше?

Сами авторы подчеркивают, что их открытие вовсе не отвергает существование темной материи. Напротив, астрономы отмечают, что галактика без типичного распределения звезд по скоростям подрывает позиции теорий, которые пытаются списать результаты наблюдений на некий универсальный и не связанный с темной материей эффект. Именно в модифицированной ньютоновской динамике звезды всегда должны вращаться вокруг центра галактик с примерно равной скоростью, а NGC1052-DF2 играет против этой модели, уже и так утратившей поддержку многих специалистов. Допустить существование галактики без темной материи современная астрофизика вполне может, в то время как мысль о том, что закон всемирного тяготения избирательно работает в разных частях Вселенной, представляется по меньшей мере сомнительной.

Исследователи также указывают, что в ходе своей работы с телескопом «Хаббл» смогли выявить ряд галактик, которые выглядят весьма похожими на NGC1052-DF2, но провести измерения скорости звезд в них пока не удалось. Возможно, нас еще ждет пополнение списка галактик без темной материи и, соответственно, повышение шансов на разгадку их тайны.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы
Фрагмент Королевских ворот в Хаттусу, столицу Хеттской империиStylone / Фотодом / Shutterstock

Бронзовый коллапс, или Куда делись все эти люди

Чем был вызван кризис средиземноморских цивилизаций три тысячи лет назад

В конце второго тысячелетия до нашей эры в Греции и на Ближнем Востоке — в Месопотамии, в Древнем Египте, в Сирии, в Малой Азии — творились очень странные дела. Великие царства бронзового века одно за другим уходили в небытие, из ниоткуда появлялись новые народы, хроники повествовали о нашествиях, голоде и прочих бедствиях. Историки долго предпочитали винить во всем «народы моря», но теперь, благодаря археологическим данным, полученным в последние годы, у нас, кажется, есть основания иначе отвечать на вопрос, кто виноват в коллапсе «бронзовых» цивилизаций.
Добавить в закладки
Комментарии

Как рассказывает профессор Эрик Клайн из Университета Джорджа Вашингтона, директор Капитолийского археологического института, автор книги «1177 BC: The Year Civilization Collapsed», Средиземноморье позднего бронзового века представляло собой мир, очень похожий на современный, — глобализованное пространство с торговыми нитями, опутавшими всю ойкумену, то есть все страны, составлявшие на тот момент европейскую цивилизацию.

Торговые и культурные связи второго тысячелетия до нашей эры обеспечивали единый высокий технологический уровень городов Греции и Ближнего Востока во всем: в кораблестроении, в архитектуре, в обработке металлов. Чтобы показать протяженность и устойчивость торговых путей бронзового века, достаточно сказать, что олово для выплавки бронзовых изделий поступало, скорее всего, из Афганистана, а медь брали на Кипре.  Города были оснащены системами водоснабжения, инженерный уровень которых античным грекам тысячу лет спустя и не снился.

Все это откатилось назад со страшной скоростью в кратчайшие по меркам истории сроки, чтобы сбросить с древнего мира бронзовый век и позволить ему войти в новый век — железный, в ту историю, которую мы изучаем в школе.

За относительно короткое время — в древнеегипетских надписях зафиксирован промежуток от 1207 до 1177 года до нашей эры — весь прекрасный бронзовый мир растворяется. Торговые связи рушатся. Из известных нам царств бронзового века в более-менее нетронутом виде остается Египет, который теряет контроль над Сирией и Палестиной. Вавилон и Ассирия сохраняют разве что локальное значение. Исчезает микенская цивилизация. Разрушена Троя. [ ... ]

Читать полностью

Тенета констант

Почему астрофизики никак не могут просчитать судьбу Вселенной

Последние наблюдения за реликтовым излучением — «эхом» Большого взрыва — и сверхновыми в самых далеких от Земли галактиках заставляют все большее число ученых сомневаться в том, верны ли современные космологические теории. Новые данные группы Адама Рисса, открывшего когда-то темную энергию, вновь сподвигают исследователей Вселенной на то, чтобы ломать копья в спорах. Научный журналист Александр Телишев рассказывает о том, что стало яблоком раздора среди астрофизиков на этот раз.
Добавить в закладки
Комментарии

Корни этих споров уходят далеко в прошлое, во времена, когда Эйнштейн только начал разрабатывать общую теорию относительности, краеугольный камень современной физической картины мира.

Хаббл против Эйнштейна

Изображение: Анатолий Лапушко / chrdk
Изображение: Анатолий Лапушко / chrdk

В те времена Вселенная считалась неизменной и вечной. У нее были четкие границы, которые никогда не менялись. Когда Эйнштейн вывел первые формулы уравнения гравитационного поля для теории относительности и попытался с опорой на них просчитать свойства Вселенной, его ждало разочарование. Расчеты показывали, что пространственно конечная Вселенная должна плавно уменьшаться в размерах под действием гравитации, сжимаясь в точку. Подобный исход событий не понравился великому физику, поскольку противоречил фундаментальным убеждениям о природе того времени, и он исправил свои уравнения, внеся в них константу, космологическую постоянную, которая удерживала на своих плечах (Эйнштейн обозначил свою константу, как заглавную лямбду, «Λ») описываемую уравнениями Вселенную от коллапса. [ ... ]

Читать полностью

Вначале были дыры

Что если первые черные дыры появились задолго не только до звезд, но даже первых атомов во Вселенной

Создание «классической» черной дыры требует огромной массы — эти объекты возникают при схлопывании массивных звезд. Но не исключено, считают некоторые астрофизики, что есть черные дыры, которые появились в самом начале Вселенной, задолго не только до звезд, но даже до первых атомов. Недавно в Физическом институте РАН выступал один из ведущих специалистов по этим древнейшим пожирателям материи, британец Бернард Карр, который рассказывал о том, как первичные черные дыры могут объяснить формирование галактик и темную материю.
Добавить в закладки
Комментарии

Карр — астрофизик, написавший ряд ключевых работ по физике первичных черных дыр, Стивен Хокинг был его соавтором и наставником. Концепцию первичных черных дыр разрабатывали как британские, так и советские космологи — в своей лекции Бернард Карр отметил работы Игоря Новикова и Якова Зельдовича в одном ряду с публикациями Хокинга.

Дыры вместо материи

Черная дыра гипотетически может быть массой с астероид средней величины. Но в таком случае она слишком мала для сколько-нибудь заметного влияния на движение других небесных тел, если только не рассматривать маловероятный сценарий ее столкновения с планетой. Такую черную дыру нельзя увидеть, так как хокинговское излучение (оно тем слабее, чем больше масса) уже слишком мало, а масса еще недостаточна велика для активного поглощения вещества и появления яркого аккреционного диска. Невидимая, но имеющая массу первичная черная дыра является, таким образом, прекрасным кандидатом на роль темной материи — той самой, которую пока не удается поймать детекторами на Земле.

Черная дыра в системе Лебедь X-1, рисунок. Относительно этого объекта в 1974 году было заключено пари между Стивеном Хокингом и американским физиком Кипом Торном: Хокинг ставил на то, что в этой системе нет черной дыры. Свою неправоту ему пришлось признать в 1990-м (и купить коллеге годовую подписку на журнал Penthouse). Иллюстрация: NASA / CXC / M. Weiss
Черная дыра в системе Лебедь X-1, рисунок. Относительно этого объекта в 1974 году было заключено пари между Стивеном Хокингом и американским физиком Кипом Торном: Хокинг ставил на то, что в этой системе нет черной дыры. Свою неправоту ему пришлось признать в 1990-м (и купить коллеге годовую подписку на журнал Penthouse). Иллюстрация: NASA / CXC / M. Weiss

[ ... ]
Читать полностью