Тёмная материя нагрета сильнее поверхности Солнца

Группа учёных из Кембриджского института астрономии впервые представила анализ физических характеристик тёмной материи. Между тем, далеко не все физики до сих пор согласились с представлением, что эта самая тёмная материя вообще реальна.

Тёмная материя не может быть обнаружена по излучению, но проявляет себя через гравитацию. Предположительно эта материя (вместе с так называемой тёмной энергией – эти два понятия физики часто объединяют вместе, противопоставляя их обычной материи) составляет до 95% "начинки" Вселенной.

Присутствие тёмной материи можно определить, например, по скоростям звёзд, с которыми они вращаются вокруг центров галактик.

 

 

Скорости эти намного выше, чем были бы, если б в галактиках присутствовала только обычная, известная нам материя.

Если о самом существовании тёмной материи ещё идут споры, что уж говорить о её свойствах.

Но вот специалисты из Кембриджа (Institute of Astronomy) провели наблюдения за 12 карликовыми галактиками, которые окаймляют наш собственный Млечный путь.

	Профессор Джерри Гилмор (Gerry Gilmore) из Кембриджского института астрономии: "Получен первый ключ к пониманию, какой тёмная материя могла бы быть. Впервые мы, фактически, имеем дело с её физикой" (фото с сайта ast.cam.ac.uk).

Используя самые большие телескопы, группа составила детальные трёхмерные карты этих галактик, изучив движение их звёзд, чтобы "проследить" воздействие тёмной материи и попытаться составить представление о ней.

Оказалось, что в этих галактиках тёмной материи в 400 раз больше, чем материи нормальной. Но главное открытие, объявленное в рамках данного исследования, это температура тёмной материи. Астрономы рассчитали, что она нагрета до 10 тысяч градусов.

Распределение этого вещества также необычно. В галактиках оно группируется, по выражению авторов исследования, в "волшебный объём" (magic volume): тёмная материя в 30 миллионов масс Солнца занимает пространство с поперечником в тысячу световых лет.

"Вы не можете упаковать это в меньший объём", — говорят исследователи. Ведь, по результатам расчётов, получается, что частицы тёмной материи движутся со скоростью 9 километров в секунду.

Англичане сильно удивили коллег — прежние теоретические оценки давали прямо противоположную картину, то есть, холодную тёмную материю, с частицами, движущимися со скоростью несколько миллиметров в секунду.

Интересно, что кроме анализа свойств тёмной материи, наблюдение за галактиками-спутниками позволило астрономам Кембриджа точнее взвесить Млечный путь. Оказалось, он более массивен, чем считалось до сих пор и превосходит по массе галактику Андромеды (хотя ещё недели две назад все были уверены, что дело обстоит прямо противоположным образом).

Но эта сенсация была объявлена уже так, к слову. На фоне "температуры тёмной материи" – не впечатляет.

Итак. Если анализ из Кембриджа подтвердится, он окажет огромное влияние на космологию. Наличие более горячей тёмной материи означает, что ей тяжелее формировать маленькие галактики, но она действительно "помогает" создавать большие структуры.

Неравномерность реликтового фона является одной из загадок и одновременно – одним из ключей к пониманию развития Вселенной (иллюстрация с сайта arxiv.org).

Быть может, новые данные позволят и по иному подойти к разгадке пресловутой "Оси зла" (Axis of Evil) – статистической аномалии в микроволновом фоне, оставшемся после Большого взрыва, обнаруженной с помощью зонда Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, то есть, "исследователя анизотропии микроволнового фона имени Уилкинсона" (об этом эксперименте мы рассказывали ещё в 2003 году).

"Ось зла", она потому в глазах учёных такая "злая", что разрушает привычные представления об эволюции Вселенной. Считается, что она ("ось", аномалия в распределении реликтового фона) отражает неравномерное распределение галактик, которые после Большого взрыва должны были бы, по идее, разбегаться "во все стороны" равномерно.

Потому поймать тёмную материю за хвост было бы очень здорово. У физиков, кстати, есть даже кандидат на роль воплощения тёмной материи. Это гипотетическая частица Wimp, очень слабо взаимодействующая с веществом. Учёные предполагают, что Wimp — это реликтовые частицы, рождённые в Большом Взрыве.

Частица Wimp предсказана некоторыми теоретическими дополнениями к так называемой стандартной модели фундаментальных частиц и взаимодействий.

Так что у учёных, кроме наблюдения за галактиками, остаётся ещё шанс выяснить свойства тёмной материи в экспериментах на ускорителях. Или даже поймать эти частицы тёмной материи в детекторах, спрятанных в глубоких шахтах (по аналогии с тем, как ловятся нейтрино). Такие опыты уже ставят.

В то же время, появляются сообщения, согласно которым тёмной материи и вовсе может не быть. Час от часу не легче. Кажется, что все учёные давно смирились с наличием фактически невидимого (не считая следов гравитационного воздействия) вещества, а вот — пожалуйста.

Джоэл Браунштейн (Joel Brownstein) и Джон Моффат (John Moffat) из канадского института теоретической физики (Perimeter Institute for Theoretical Physics) придумали теорию скаляр-тензор-векторной гравитации (scalar-tensor-vector gravity — STVG), добавив квантовые эффекты к общей теории относительности.

Эта новая теория, якобы, прекрасно согласуется с наблюдаемым поведением групп галактик, без необходимости прибегать к "тёмной материи" и даже так называемой "изменённой ньютоновой динамики" – ещё одной современной вариации картины мира (также вовсю обсуждаемой физиками), предполагающей существование сразу двух видов гравитации, сила действия одной из которых убывает с квадратом расстояния, а другой – линейно.

У Браунштейна и Моффата ничего этого нет, зато есть гравитоны, которые рождаются из вакуума, причём наиболее интенсивно там, где концентрируются большие массы (в центрах галактик).

То есть, по данной гипотезе, два килограмма массы на расстоянии в метр будут притягиваться друг к другу сильнее, если они находятся вблизи центра галактики; в сравнении с ситуацией, когда те же самые два килограмма парят друг рядом с другом, но — на её окраине.

А как тогда быть с ужасной "осью зла", якобы являющейся следом скрытой силы, деформировавшей Вселенную? Оказывается, и тут есть альтернативное объяснение.

Крис Вале (Chris Vale) из американской лаборатории Ферми (Fermi National Accelerator Laboratory) и университета Калифорнии (University of California, Berkeley) объясняет аномалию слабым линзированием микроволнового фона.

Эффект этот аналогичен линзированию луча света, проходящего мимо крупной массы (звезды), только здесь в качестве линзы выступает не одна звезда, а вся материя Вселенной вообще. Кому интересны доказательства — вот PDF-документ.

Как видим, хотя кембриджские астрономы и верят, что впервые посчитали параметры тёмной материи, вопрос – "Как объяснить те движения звёзд, что они измерили?" – остаётся открытым.

Статья получена: Membrana.ru