Возможно, обнаружены первые свидетельства негравитационных взаимодействий в тёмной материи

15 апреля 2015 года

Астрономия

Другие новости астрономии

<dynamicpagelist> category = Опубликовано category = Астрономия count = 3 orcer = addcategory suppresserrors = true namespace = Main addfirstcategorydate = true </dynamicpagelist>

больше статей…

Другие новости науки

<dynamicpagelist> category = Опубликовано category = Наука и технологии count = 5 notcategory = Астрономия orcer = addcategory suppresserrors = true namespace = Main </dynamicpagelist>

другие новости…

Также посетите портал «Наука»

В ходе наблюдений сталкивающихся галактик на Очень большом телескопе ESO и космическом телескопе Хаббла NASA/ESA, возможно, впервые наблюдалось негравитационное взаимодействие тёмной материи с другой тёмной материей. Получены новые интригующие данные об этом таинственном компоненте нашей Вселенной.

Снимок скопления галактик Abell 3827, полученный телескопом Хаббла. Голубоватые структуры, окружающие центральные галактики, – гравитационно-линзированное изображение значительно более удаленной галактики, находящейся за скоплением.

Группа астрономов изучала процесс столкновения сразу четырех галактик в скоплении галактик Abell 3827. Использовался приёмник MUSE, установленный на телескопе ESO VLT в Чили, а также изображения, полученные на орбитальном телескопе Хаббла. С помощью этих инструментов ученые смогли установить распределение массы в системе сталкивающихся галактик и сравнить его с распределением светящегося вещества.

Несмотря на то, что тёмная материя невидима, её положение можно было выявить благодаря влиянию её гравитации на траекторию световых лучей, идущих от галактик, расположенных дальше по лучу зрения — явление, называемое гравитационным линзированием. Прямо на луче зрения, на котором находятся сталкивающиеся галактики, оказалась более далекая фоновая галактика; свет от неё по пути к Земле проходит через область, где происходит столкновение. Масса сталкивающихся галактик заметно искажает пространство-время, и в результате траектория световых лучей от фоновой галактики искривляется.

Согласно нашим теперешним представлениям, все галактики погружены в облака (гало) тёмной материи. Если бы не сдерживающее влияние ее тяготения, галактики, в том числе и наш Млечный Путь, разлетелись бы в процессе своего вращения в разные стороны под действием центробежных сил. Этого не происходит именно потому, что 85 процентов массы вещества во Вселенной составляет тёмная материя. Но природа её остается загадкой.

В ходе данного исследования учёные выполнили наблюдения всех четырёх сталкивающихся галактик и обнаружили, что одно из облаков тёмной материи как бы «отстало» от своей галактики примерно на 5000 световых лет (50 000 миллионов миллионов километров). Чтобы отойти от нашей Галактики Млечного Пути на такое расстояние, космическому кораблю NASA «Вояджер» понадобилось бы 90 миллионов лет.

Такое отставание тёмной материи от связанной с ней галактики во время галактических столкновений теория предсказывает в том случае, когда тёмная материя взаимодействует сама с собой (хоть и очень слабо) посредством негравитационных сил. Компьютерное моделирование показывает, что избыточное трение при столкновении галактик замедляет движение тёмной материи. Природа этого замедления неясна; оно может быть вызвано как хорошо известными эффектами, так и какими-либо экзотическими доселе неизвестными силами. Все, что можно сказать сейчас по этому поводу — что это не тяготение. Случаев, когда тёмная материя взаимодействует посредством сил, отличных от сил гравитации, никогда раньше не наблюдали.

Основной автор работы Ричард Мэсси (Richard Massey) из Даремского университета объясняет:

Раньше мы думали, что тёмная материя просто окружает галактики и ни во что не вмешивается, проявляется только своим гравитационным притяжением. Но если бы оказалось, что во время этого столкновения тёмная материя тормозится, это могло бы стать первым свидетельством того, что в „тёмной зоне“, в окружающей нас скрытой Вселенной, идут сложные физические процессы.

Исследователи отмечают, что нужны дальнейшие исследования для обнаружения других эффектов, которые тоже могут привести к такому запаздыванию. Придётся провести похожие наблюдения других галактик, смоделировать столкновение галактик на компьютере.

Член исследовательского коллектива Лилия Уильямс (Liliya Williams) из университета Миннесоты добавляет:

Мы знаем, что тёмная материя существует, потому, что видим проявления ее гравитационного притяжения, которое определяет структуру Вселенной. Но мы все еще поразительно мало знаем о том, что тёмная материя по сути такое. Наши наблюдения показывают, что тёмная материя может проявляться не только через гравитационное взаимодействие, но и посредством сил другой природы, а это значит, что некоторые принципиальные объяснения природы тёмной материи теперь могут быть отброшены.

Этот вывод связан с последними исследованиями, выполненными группой. Астрономы провели наблюдения 72 столкновений между скоплениями сотен галактик и обнаружили, что тёмная материя взаимодействует сама с собой очень слабо. Однако в новой работе рассматриваются движения отдельных галактик, а не скоплений. Исследователи говорят, что столкновения между этими галактиками, возможно, продолжались дольше, чем те, что наблюдались в предыдущем исследовании. За это время влияние даже очень слабых сил трения смогло накопиться и создать заметное запаздывание тёмной материи по отношению к связанной с ней галактике. Главным источником неопределенности в этом результате является продолжительность столкновения: трение, которое замедлило движение тёмной материи, могло быть либо очень слабым, но действующим на протяжении более миллиарда лет, либо относительно сильным и действующим на протяжении «всего» 100 миллионов лет.

В сочетании друг с другом эти два результата впервые позволяют наложить определенные ограничения на поведение тёмной материи: взаимодействия оказываются сильнее некоторого предела, но слабее другого. «Наконец, нам удалось взять тёмную материю в „вилку“, ограничить параметры ее взаимодействий и сверху, и снизу», — говорит Мэсси.