Альтернатива темной материи прошла большой тест

Космологическая модель, не требующая темной материи, преодолела серьезное препятствие в своем соответствии с наблюдениями космического микроволнового фона.

Об этом рассказывается на сайте Американского физического общества.

Исследователи, преследующие нетрадиционный взгляд на космологию — с отсутствием темной материи — разработали модель, которая может отвечать наблюдениям за космическим микроволновым фоном (КМФ) — остатком свечения Большого взрыва. Эта модель без темной материи является продолжением так называемой теории MOND (модифицированной ньютоновской динамики), которая предусматривает, что гравитационная сила в масштабах галактик отличается от стандартной ньютоновской силы. Предыдущие модели на основе MOND не могли воспроизвести КМФ. Исследователи утверждают, что их модель может быть дополнительно проверена с помощью наблюдений за скоплениями галактик и гравитационными волнами.

Теория MOND была разработана более 30 лет назад как способ объяснить данные о вращении галактик без ссылки на существование загадочной темной материи. Сторонники MOND предложили альтернативную загадку, в которой гравитационная сила изменяется для ускорений, меньших порога 10^-10 м/с². Эта идея не вытекает из любой основной теории, но странно, что один и тот же порог ускорения работает почти для всех галактик — малых и больших, молодых и старых.

Основная причина, почему темной материи было отдано предпочтение перед MOND, заключается в том, что темная материя согласуется с гораздо большим диапазоном астрофизических наблюдений. Например, темная материя может объяснить изгиб галактиками света от далеких источников (гравитационное линзирование), тогда как MOND в своей начальной форме не может этого сделать. Исследователи разработали так называемые релятивистские модели MOND, которые могут соответствовать наблюдениям линзирования, но до сих пор ни одна из этих пересмотренных версий теории не смогла воспроизвести данные КМФ. "Если теория не может этого сделать, то не стоит рассматривать ее дальше", - говорит Константинос Скордис из Чешской академии наук в Праге.

Галактики, такие как показанная здесь М101, имеют профили вращения, которые невозможно объяснить видимой материей. Популярным решением является предположение о существовании темной материи, но другое решение, которое называется MOND может объяснить данные о галактиках путем модификации ньютоновской гравитации. (NASA/CXC/SAO/D. Hartmann/JPL-Caltech)

Скордис вместе с коллегой из Чешской академии Томом Злосником теперь создали модель, вдохновленную MOND, которая учитывает КМФ, а также согласуется с наблюдениями за гравитационным линзированием и измерениями скорости гравитационных волн. Модель следует недавним усилиям MOND в постулировании существования двух полей, пронизывающих все пространство и вместе действующих как дополнительная гравитационная сила. Одно из этих полей — скалярное поле, подобное полю Хиггса, которое ассоциируется с бозоном Хиггса. Другое — векторное поле, которое имеет направление в каждой точке пространства, чем-то похожее на магнитное поле.

Скордис и Злосник установили параметры модели таким образом, что в ранней Вселенной гравитационно-модифицирующие поля генерируют гравитационный эффект, имитирующий эффект темной материи. Имитация темной материи таким образом гарантирует воспроизведение наблюдаемых шаблонов КМФ. Поля эволюционируют в течение космического времени, и в конце концов гравитационная сила следует предложению начальной MOND.

Скордис говорит, что эта модель похожа на другие альтернативные модели гравитации, которые были предложены для объяснения темной энергии. Все космологические модели добавляют что-то (новые частицы или новые поля) для объяснения наблюдений, говорит он. Скордис признает, что — в отличие от моделей темной материи, которые часто основаны на фундаментальных принципах симметрии, — новая модель не была задумана на лежащей в основе теории. Однако такая теоретическая основа может быть найдена с помощью новой модели MOND.

"Это действительно огромный прорыв", - говорит космолог Стейси Макгау из Университета Кейз Вестерн Резерв в Огайо. "Годами, растянувшиеся на десятилетия, люди в значительной степени игнорировали MOND, поскольку казалось невозможным сделать то, что сделали сейчас Скордис и Злосник". Но Дэвид Спергель, космолог из Института Флатирон в Нью-Йорке, считает новую модель «барокко». Он утверждает, что релятивистские модели MOND работают только путем "эффективного постулирования сложной формы темной материи".

Космолог Кэтрин Фриз из Техасского университета приветствует исследователей с их успехом. "Это большое дело — создать релятивистскую версию MOND, которая сможет отвечать всем текущим данным, особенно подходя к данным КМФ вместе с феноменологией MOND в галактиках", - говорит она. "Однако в модели много ингредиентов", - говорит она. "Я сама все еще бы проголосовала за темную материю как простое объяснение".

Макгау отрицает, указывая, что модели с темной материей не могут объяснить всего, например, количество лития во Вселенной или разногласия между различными типами измерений скорости космического расширения. Новая модель MOND, возможно, сможет решить эти проблемы, но Скордис говорит, что для разработки теоретических деталей понадобится больше времени. Он говорит, что модель можно проверить другими способами, например, сравнив ее предсказания с наблюдениями за скоплениями галактик или путем поиска сигнатур гравитационно-модифицирующих полей в гравитационных волнах.

Тесса Бейкер, эксперт по альтернативным моделям гравитации из Лондонского университета королевы Мэри, говорит, что если детекторы темной материи будут продолжать оставаться пустыми, "то мы сможем наблюдать повышенный интерес к этой семье модифицированных моделей гравитации".

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.