Карликовые галактики заставят темную материю потеплеть

Новые измерения массы карликовых галактик вокруг Млечного Пути вступают в противоречие с современными представлениями о строении темной материи – вещества, которое не участвует в электромагнитном, но участвует в гравитационном взаимодействии. Эти результаты были получены группой астрономов из Калифорнийского университета. Их работа опубликована в журнале Nature.

Карликовая галактика - это галактика с массой, размером и светимостью значительно ниже средних. Ученые исследовали 18 из 23 карликовых галактик, являющихся спутниками Млечного Пути. Для подсчета массы в каждой из них было отобрано несколько звезд в различных регионах объекта. Измерялась скорость движения звезд по орбитам внутри галактики: чем больше разброс скоростей внутри исследуемой группы, тем больше масса объекта.

Некоторые из этих галактик содержат десятки миллионов звезд, а некоторые всего несколько тысяч, однако "весят" все галактики примерно одинаково. Такое возможно за счет присутствия в них темной материи: там где звезд меньше, там ее больше и наоборот.

Галактик "легче" чем карликовые до сих пор не найдено. Из этого ученые заключили, что такая масса является своего рода нижним приделом – если скопления материи "весит" меньше, то галактики из него не образуется.

Новые результаты позволяют судить о свойствах темной материи. До настоящего момента существует две основные теории – теория горячей темной материи и теория холодной темной материи. В первой частицы, из которых состоит загадочная субстанция, движутся со ультрарелятивистскими скоростями (близкими к скорости света), во второй – гораздо медленнее скорости света. Одним из следствий этих предположений является диаметрально противоположный взгляд на процесс образования Вселенной. Так, с точки зрения "горячей" теории, первыми появились гигантские суперобразования, которые с течением времени распались на образования поменьше, из которых появились галактики. То есть образование шло от большого к малому. "Холодная" теория считает наоборот, что мелкие скопления материи собирались в крупные, те, в свою очередь, еще в более крупные и так далее, то есть эволюция Вселенной происходила от малых структур к большим.

В настоящее время физики придерживаются холодной теории. Однако новые результаты можно понимать следующим образом: найденное минимальное значение представляет собой предел дробления в "горячей" теории. То есть эти измерения могут служить аргументом в пользу теории горячей темной материи.

Столкновение галактик отделило "темную материю" от обычной

В результате столкновения двух галактических кластеров, приведшему к образованию суперкластера MACSJ0025, "темная материя" отделилась от обычной. Астрономы смогли "увидеть" два типа материи с помощью орбитального телескопа "Хаббл" и рентгеновского оборудования лаборатории "Чандра". Статья исследователей опубликована в журнале The Astrophysical Journal.

Суперкластер (его масса в септильоны (10¹⁵) раз больше массы Солнца), образовавшийся в результате столкновения двух скоплений галактик, или кластеров, находится на расстоянии 5,7 миллиарда световых лет от Земли (то есть, свету потребовалось это время, чтобы пройти путь от суперкластера до нашей планеты). Согласно расчетам астрономов, скорость сближения кластеров составляла миллионы километров в час, сообщает портал Space.com.

Скопления галактик включают в себя три основных компонента: собственно галактики, раскаленный газ, заполняющий пространство между ними и "темную материю". При столкновении на огромной скорости частицы газа из разных кластеров столкнулись и замедлили свое движение. Скорость движения "темной материи" не изменилась. Она прошла "сквозь" обычную материю и сформировала два больших облака, которые на иллюстрации к этой новости показаны розовым цветом. Облака продолжают удаляться от "обычной" части суперкластера MACSJ0025 (фиолетовый цвет на фотографии).

Подобное разделение "обычной" и "темной" материи астрономы уже наблюдали в скоплении, или кластере, Пули (Bullet cluster). Фотографии этого кластера, где "темная" материя покрашена розовым, а "обычная" - фиолетовым цветом, очень похожи на фотографии MACSJ0025.

"Темную материю" ученые "увидели" с помощью телескопа "Хаббл" и эффекта гравитационных линз - изменению траектории пути движения света под воздействием гравитации. "Темная материя", на которую приходится около четверти массы Вселенной, как раз и вызывает такое отклонение. Приборы обсерватории "Чандра" позволили зарегистрировать рентгеновское излучение газа скоплений ("обычную" материю).

Доказательства "за" или "против" существования "темной материи" периодически появляются в астрономических журналах. Впервые о ее существовании заговорили в 1933 году. Наблюдения показали, что звезд и других объектов из "обычной" материи "не хватает" на всю массу Вселенной. Астрономы предположили, что "остаточная" масса сосредоточена в "темной материи" и еще более загадочной "темной энергии". "Темная материя" участвует в гравитационных взаимодействиях, но не испускает и не поглощает электромагнитное излучение, поэтому наблюдать ее непосредственно нельзя.