Альтернатива темної матерії пройшла великий тест

Космологічна модель, яка не потребує темної матерії, подолала серйозну перешкоду у своїй відповідності до спостережень космічного мікрохвильового фону.

Про це розповідається на сайті Американського фізичного товариства.

Дослідники, які переслідують нетрадиційний погляд на космологію — з відсутністю темної матерії — розробили модель, яка може відповідати спостереженням за космічним мікрохвильовим фоном (КМФ) — залишком світіння Великого вибуху. Ця модель без темної матерії є продовженням так званої теорії MOND (модифікованої ньютонівської динаміки), яка передбачає, що гравітаційна сила у масштабах галактик відрізняється від стандартної ньютонівської сили. Попередні моделі на основі MOND не могли відтворити КМФ. Дослідники стверджують, що їх модель може бути додатково перевірена за допомогою спостережень за скупченнями галактик та гравітаційними хвилями.

Новини за подібною темою:

		Коливання Марса може бути ознакою темної матерії, говориться в дослідженні
		Темна матерія могла допомогти утворенню надмасивних чорних дір у ранньому Всесвіті
		Нове астрофізичне дослідження вказує на існування невідомого впливу

Теорія MOND була розроблена понад 30 років тому як спосіб пояснити дані про обертання галактик без посилання на існування загадкової темної матерії. Прихильники MOND запропонували альтернативну загадку, в якій гравітаційна сила змінюється для прискорень, менших за поріг 10^-10 м/с². Ця ідея не випливає з будь-якої основної теорії, але дивно, що один і той же поріг прискорення працює майже для всіх галактик — малих і великих, молодих і старих.

Основна причина, чому темній матерії була віддана перевага перед MOND, полягає в тому, що темна матерія узгоджується з набагато більшим діапазоном астрофізичних спостережень. Наприклад, темна матерія може пояснити вигин галактиками світла від далеких джерел (гравітаційне лінзування), тоді як MOND у своїй початковій формі не може цього зробити. Дослідники розробили так звані релятивістські моделі MOND, які можуть відповідати спостереженням лінзування, але досі жодна з цих переглянутих версій теорії не змогла відтворити дані КМФ. “Якщо теорія не може цього зробити, то не варто розглядати її далі”, - каже Константинос Скордіс з Чеської академії наук у Празі.

Галактики, такі як показана тут М101, мають профілі обертання, які неможливо пояснити видимою матерією. Популярним рішенням є припущення про існування темної матерії, але інше рішення, яке називається MOND, може пояснити дані про галактики шляхом модифікації ньютонівської гравітації. (NASA/CXC/SAO/D. Hartmann/JPL-Caltech)

Скордіс разом з колегою з Чеської академії Томом Злосніком тепер створили модель, натхненну MOND, яка враховує КМФ, а також узгоджується зі спостереженнями за гравітаційним лінзуванням та вимірюваннями швидкості гравітаційних хвиль. Модель слідує нещодавнім зусиллям MOND у постулюванні існування двох полів, які пронизують весь простір і разом діють як додаткова гравітаційна сила. Одне з цих полів — скалярне поле, подібне до поля Хіггса, яке асоціюється з бозоном Хіггса. Інше — векторне поле, яке має напрямок у кожній точці простору, чимось схоже на магнітне поле.

Скордіс і Злосник встановили параметри моделі таким чином, що у ранньому Всесвіті гравітаційно-модифікувальні поля генерують гравітаційний ефект, що імітує ефект темної матерії. Імітація темної матерії таким чином гарантує відтворення спостережуваних шаблонів КМФ. Поля еволюціонують протягом космічного часу, і зрештою гравітаційна сила слідує пропозиції початкової MOND.

Скордіс каже, що ця модель подібна до інших альтернативних моделей гравітації, які були запропоновані для пояснення темної енергії. Усі космологічні моделі додають щось (нові частинки або нові поля) для пояснення спостережень, говорить він. Скордіс визнає, що — на відміну від моделей темної матерії, які часто основані на фундаментальних принципах симетрії, — нова модель не була задумана з урахуванням теорії, що лежить в основі. Однак така теоретична основа може бути знайдена за допомогою нової моделі MOND.

“Це дійсно величезний прорив”, - каже космолог Стейсі Макгау з Університету Кейз Вестерн Резерв в Огайо. “Роками, що розтягнулися на десятиліття, люди значною мірою ігнорували MOND, оскільки здавалося неможливим зробити те, що зробили зараз Скордіс та Злосник”. Але Девід Спергель, космолог з Інституту Флатірон у Нью-Йорку, вважає нову модель «бароко». Він стверджує, що релятивістські моделі MOND працюють лише шляхом “ефективного постулювання складної форми темної матерії”.

Космолог Кетрін Фріз з Техаського університету вітає дослідників з їх успіхом. “Це велика справа — створити релятивістську версію MOND, яка зможе відповідати всім поточним даним, особливо підходячи до даних КМФ разом із феноменологією MOND у галактиках”, - каже вона. “Однак у моделі багато інгредієнтів”, - каже вона. “Я сама все ще б проголосувала за темну матерію як простіше пояснення”.

Макгау заперечує, вказуючи, що моделі з темною матерією не можуть пояснити всього, наприклад, кількість літію у Всесвіті або розбіжності між різними типами вимірювань швидкості космічного розширення. Нова модель MOND, можливо, зможе розв’язати ці проблеми, але Скордіс каже, що для опрацювання теоретичних деталей знадобиться більше часу. Він каже, що модель можна перевірити іншими способами, наприклад, порівнявши її передбачення зі спостереженнями за скупченнями галактик або шляхом пошуку сигнатур гравітаційно-змінювальних полів у гравітаційних хвилях.

Тесса Бейкер, експерт з альтернативних моделей гравітації з Лондонського університету королеви Мері, каже, що якщо детектори темної матерії продовжуватимуть залишатися порожніми, “то ми зможемо спостерігати підвищений інтерес до цієї родини модифікованих моделей гравітації”.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

• Темна матерія