Столкновение в космосе не является доказательством существования темной материи

Фото из открытых источников

До сих пор считалось, что скопление галактик Bullet Cluster свидетельствует о существовании темной материи. Однако международная группа исследователей проанализировала новые данные и текущие изображения, полученные с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST). По мнению этой группы, наблюдения также согласуются с альтернативным объяснением, не предполагающим наличие темной материи. Если последняя действительно присутствует, то, вероятно, в меньших количествах, чем предполагалось до сих пор. Результаты публикуются в журнале Physical Review D.

Примерно 4 миллиарда лет назад в космосе произошло огромное столкновение: два скопления галактик — группы из сотен галактик — столкнулись друг с другом на скорости более 2500 километров в секунду. Скопления галактик содержат миллиарды звёзд. Однако большая часть их видимого вещества состоит из межзвёздного газа. Во время прохождения двух газовых облаков друг сквозь друга они значительно замедлились под действием сил трения и значительно нагрелись. С помощью рентгеновских телескопов горячие облака можно увидеть с Земли как два размытых пятна, расположенных относительно близко друг к другу.

Однако галактики в двух скоплениях смогли беспрепятственно пройти друг сквозь друга: расстояние между отдельными звёздами настолько велико, что они просто пролетают мимо друг друга. Таким образом, два скопления галактик отделились от межзвёздного газа, который они несли с собой. Скопление 1 теперь находится слева от левого газового облака, скопление 2 — справа от правого. Вместе эти четыре структуры образуют то, что известно как Пулевое скопление. Оно снискало определённую известность среди астрофизиков, поскольку считается убедительным доказательством существования тёмной материи.

Если внимательно присмотреться к изображениям этого образования, можно увидеть, что галактики за скоплением «Пуля» искажены и приобретают форму полумесяца. Причина этого — эффект гравитационного линзирования. Это явление, предсказанное Альбертом Эйнштейном, согласно которому большие массы отклоняют свет. Однако, как ни удивительно, это отклонение не особенно велико в области двух светящихся облаков материи — то есть там, где должна быть сосредоточена наибольшая масса. Вместо этого скопления галактик справа и слева от них оказывают гораздо более сильный линзирующий эффект, несмотря на свою малую массу. Таким образом, кажется, что здесь скрыта дополнительная материя, которую мы не можем увидеть.

«До сих пор это наблюдение считалось доказательством существования темной материи», — объясняет Павел Кроупа из Института радиационной и ядерной физики им. Гельмгольца Боннского университета, член междисциплинарных исследовательских областей «Моделирование» и «Материя». Это связано с тем, что, согласно современной теории, темная материя оказывает гравитационное воздействие, но не взаимодействует с обычной материей. В результате, в отличие от газовых облаков, она не замедляется трением и не отделяется от видимой материи в скоплениях галактик.

Однако у нас до сих пор нет прямых доказательств существования темной материи. Израильский физик Мордехай Милгром еще четыре десятилетия назад предложил альтернативную гипотезу, не предполагающую существование темной материи, — «модифицированную ньютоновскую динамику» (MOND). Тем не менее, она до сих пор считается маргинальной теорией — в основном потому, что ранее считалось, что она не может объяснить наблюдения в скоплении галактик Bullet Cluster.

«Однако в нашем исследовании мы показываем, что, наоборот, скопление Пуля на самом деле особенно соответствует сценарию MOND», — говорит коллега Кроупы, Дун Чжан, который выполнил большую часть расчетов. Новые данные, полученные с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, позволяют лучше и точнее рассчитать количество звезд в обоих скоплениях. Сегодня также известно, что скопление Пуля содержит большое количество тяжелых элементов, таких как железо и кислород. Они образуются в процессах термоядерного синтеза внутри звезд, но только если звезды очень массивны. «Если массивные звезды в конечном итоге сгорают, они становятся нейтронными звездами или черными дырами», — объясняет Чжан. «Как и темная материя, оба явления невидимы и могут быть обнаружены только благодаря огромным гравитационным силам, которые они оказывают».

Соавтор исследования Индранил Баник (Университет Портсмута) смог показать, что наблюдаемый эффект гравитационного линзирования можно объяснить недавно рассчитанным числом видимых звезд, нейтронных звезд и черных дыр. «Остатки массивных звезд в определенной степени берут на себя роль темной материи в сценарии MOND», — говорит Кроупа. «Даже в стандартной модели, которая предполагает существование темной материи, ее постулируемое количество должно быть значительно уменьшено — примерно вдвое».

Профессор физики из Бонна убежден, что данное исследование делает сценарий MOND гораздо более правдоподобным.