Далекие галактики и истинная природа темной материи

Исследователи изучили далекие галактики и сравнили ореол темной материи у них и близко расположенных галактик, и обнаружили несколько совершенно неожиданное в контексте так называемой "стандартной модели космологии".

Об этом рассказывают в Международной школе передовых исследований (SISSA), передают OstanniPodii.com.

В центрах спиральных галактик – как близких к нам, так и отдаленных на миллиарды световых лет – находится огромная сферическая область, состоящая из частиц темной материи.

Эта область имеет две определяющие характеристики: плотность, постоянная до определенного радиуса, который удивительно расширяется с течением времени, в то время как плотность уменьшается. Это позволяет предположить существование прямого взаимодействия между элементарными частицами, образующими ореол (или гало) темной материи и частицами, составляющими обычную материю — протонами, электронами, нейтронами и фотонами.

Предполагается, что эта гипотеза находится в прямом конфликте с преобладающей теорией, которая используется для описания Вселенной, известной как Лямбда-холодная темная материя, утверждающая, что частицы холодной темной материи инертны и не взаимодействуют ни с какими другими частицами, кроме как гравитационно.

Об этих важных выводах сообщается в новом исследовании, недавно опубликованном в журнале Astronomy and Astrophysics, в котором изучалось большое количество дальних галактик, на расстоянии примерно 7 миллиардов световых лет.

Исследование, проведенное Гаури Шармой и Паоло Салуччи из SISSA вместе с Гленом Ван де Веном из Венского университета, позволило по-новому взглянуть на одну из самых больших загадок современной физики.

По словам авторов, это новое исследование представляет собой шаг вперед в нашем понимании темной материи, неуловимого элемента в нашей Вселенной, который был теоретизирован на основе его видимого воздействия на небесные тела, но еще не доказан. А это несмотря на большое количество целенаправленных астрофизических наблюдений и экспериментов, проводимых для этой цели в специальных подземных лабораториях.

Изучение темной материи в далеких галактиках

Темная материя составляет около 84% массы космоса. «Ее преобладающее присутствие в галактиках объясняется тем, что звезды и газообразный водород двигаются так, будто управляются невидимым элементом», – объясняет Гаури Шарма.

До этого времени попытки ее изучения были сосредоточены на галактиках, близких к нашей. «Однако в этом исследовании, — объясняет она, — мы впервые стремились наблюдать и определить распределение массы спиральных галактик с такой же морфологией, как у находящихся поблизости, но гораздо дальше, а значит, раньше примерно на семь миллиардов лет. Идея по сути заключается в том, что эти прародители спиральных галактик, подобных нашей, могут предложить фундаментальные подсказки по поводу природы частицы, лежащих в основе тайны темной материи».

Паоло Салуччи добавляет, что «изучая движение звезд примерно в 300 отдаленных галактиках, мы обнаружили, что эти объекты также имеют гало темной материи, и что, начиная с центра галактики, этот ореол фактически имеет область, где его плотность постоянна».

Эта особенность уже была подмечена в исследованиях, изучавших соседние галактики, некоторые из которых также являлись работой SISSA.

Однако новое исследование показало, что эта центральная область имеет несколько совершенно неожиданное в контексте так называемой "стандартной модели космологии".

Шарма говорит, что «в результате контраста между свойствами близких и далеких спиральных галактик – то есть между сегодняшними галактиками и их предками, которые существовали семь миллиардов лет назад – мы смогли увидеть, что существует не только невыясненная область с постоянной плотностью темной материи, но также и то, что ее размеры со временем увеличиваются, как подвергнутая процессу постоянного расширения и разрежения».

Это доказательство очень трудно объяснить, если бы частицы темной материи не взаимодействовали, как это утверждается в модели Лямбда – холодной темной материи.

«В недавно опубликованном исследовании, — говорит Шарма, — мы предлагаем доказательства прямого взаимодействия между темной материей и обычной материей, которая со временем медленно создает область постоянной плотности от центра галактики наружу». Но это еще не все.

Медленный, но неумолимый процесс

«Странно, но вышеупомянутая область с постоянной плотностью расширяется со временем. Это очень медленный процесс, но неумолимый», — утверждает Салуччи.

Какое одно из возможных пояснений?

«Самым простым является то, что сначала, когда образовалась галактика, распределение темной материи в сферическом ореоле было таким, как предполагает теория Лямбда-холодной темной материи, с пиком плотности в центре. Позднее формируется галактический диск, характерный для спиральных галактик, окруженный ореолом очень плотных частиц черной материи. По прошествии времени эффект взаимодействия, который мы предложили, означал, что частицы захватывались звездами или изгонялись во внешние пределы галактики».

Этот процесс создал бы сферическую область постоянной плотности внутри ореола темной материи с размерами, пропорционально увеличивающимися со временем и, наконец, достигающими размеров галактического звездного диска, как описано в статье в Astronomy and Astrophysics.

«Результаты исследования задают важные вопросы для альтернативных сценариев, описывающих частицы темной материи (кроме Лямбда-холодной темной материи), таких как теплая темная материя, взаимодействующая темная материя и ультралегкая темная материя», - говорит Шарма.

«Эти модели также должны учесть четкую временную эволюцию, зарегистрированную в вышеупомянутой области. Свойства очень отдаленных галактик в пространстве и времени предлагают космологам настоящий путь понимания тайн темной материи».

Интересно отметить, что «в соответствии с философией Ницше, истину этой тайны можно раскрыть не путем детализации самого красивого сценария — того, какой математически наиболее элегантный, простой и ожидаемый как расширение давно проверенных теорий, — а скорее через "безобразный" сценарий, определенный неэлегантной и сложной феноменологией наблюдения из заброшенной физической теории, которая абсолютно не связана со знакомой нам», — говорит Салуччи.

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