Спасибо, что вы с нами!

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

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

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