Новая теория темной материи может разрешить три космические загадки

Фото из открытых источников

Темная материя, таинственная невидимая масса, которая, согласно теории, составляет 85% материи во Вселенной, продолжает ускользать от ученых. Хотя существует множество косвенных доказательств ее существования — кривые вращения галактик, галактические гало и гравитационные линзы — прямое обнаружение и идентификация составляющих ее частиц остаются сложной задачей. Тем не менее, «холодная» темная материя является неотъемлемой частью Стандартной модели космологии, известной как модель ΛCDM (Lambda Cold Dark Matter).

В недавнем исследовании, проведенном профессором Хай-Бо Ю из Калифорнийского университета в Риверсайде, предложен новый тип темной материи, способный объяснить три астрофизические загадки в совершенно разных областях. По сути, в исследовании предполагается, что плотные скопления самовзаимодействующей темной материи (SIDM) могут объяснить гравитационные эффекты гравитационных линз, звездных потоков и галактик-спутников. Исследование команды под названием «Гало SIDM, свернувшиеся из ядра, как общее происхождение плотных возмущающих объектов в линзах, потоках и галактиках-спутниках» было опубликовано в Physical Review Letters.

В то время как CDM является «бесстолкновительной», то есть её частицы проходят друг сквозь друга, не взаимодействуя, SIDM состоит из частиц, которые сталкиваются и обмениваются энергией. Эти взаимодействия, по словам Ю, который также является заместителем директора Центра экспериментальной космологии и приборостроения (CECI), могут привести к «гравотермическому коллапсу», при котором частицы образуют чрезвычайно плотные, компактные ядра массой в миллион раз превышающей массу Солнца. Как он объяснил:

Разница подобна толпе людей, игнорирующих друг друга, и толпе, где все постоянно сталкиваются. В SIDM эти взаимодействия могут кардинально изменить внутреннюю структуру гало темной материи. Темная материя, взаимодействующая сама с собой, может стать достаточно плотной, чтобы объяснить эти наблюдения.

Как показывает Ю, модель SIDM может одновременно объяснить три наблюдательных явления. Во-первых, это сверхплотный объект в JVAS B1938+666, хорошо известная система гравитационного линзирования, состоящая из галактики на переднем плане, расположенной на расстоянии от 6,5 до 10 миллиардов световых лет от Земли, и далекой галактики на заднем плане, которая выглядит как кольцо Эйнштейна. Во-вторых, это GD-1, движущаяся группа старых и бедных металлами звезд (также известная как «звездный поток»), имеющая несколько пробелов и «шпору», где часть потока ответвляется от основного тела.

Обе эти особенности предполагают, что поток был возмущен другим объектом, возможно, скоплениями SIDM. Наконец, есть шаровое звездное скопление Форнакс 6 в карликовой галактике Форнакс, спутнике Млечного пути. В отличие от других скоплений, составляющих эту галактику, Форнакс 6 более богат металлами и, следовательно, вероятно, моложе (около 2 миллиардов лет). Более того, шесть шаровых скоплений — это необычно большое число для карликовой галактики размером с Форнакс. Плотное скопление SIDM может объяснить, как пролетающие мимо звезды были захвачены в тесные скопления.

«Примечательно, что один и тот же механизм работает в трех совершенно разных условиях — в далекой Вселенной, внутри нашей галактики и в соседней галактике-спутнике», — заключает Ю. «Во всех случаях наблюдаются плотности, которые трудно согласовать со стандартной моделью темной материи, но которые естественным образом возникают в SIDM».