The distribution of dark matter (above) and stars (below). Credit: © E. Garaldi, C. Porciani, E. Romano-Díaz/University of Bonn for the ZOMG Kollaboration.
Исследователи из Боннского университета и Калифорнийского университета в Ирвине использовали сложные компьютерные модели для разработки теста, который мог бы ответить на вопрос: действительно ли существует “темная материя”(1, 2, 3, 4, 5, 6.)? Или нужно модифицировать гравитационный закон Ньютона? Исследование, опубликованное в «Physical Review Letters», показывает, что ответ скрыт в движении звезд в небольших галактиках спутников, вращающихся вокруг Млечного Пути.
Исследователи сосредоточились на отношениях, называемых радиальным ускорением (RAR). В дисковых галактиках звезды движутся по круговым орбитам вокруг галактического центра. Ускорение, которое заставляет их менять направление, вызвано притяжением материи в галактике. RAR описывает взаимосвязь между этим ускорением и тем, что вызвано только видимым веществом. Он дает представление о структуре галактик и распределении их материи.
«Впервые мы моделировали RAR карликовых галактик, исходя из предположения, что существует темная материя», – объясняет профессор д-р Криштиано Порциани из Института астрономии Аргеландера в Боннском университете. «Оказалось, что модели ведут себя как уменьшенные версии более крупных галактик». Но что, если нет темной материи, а гравитация работает иначе, чем думал Ньютон? «В этом случае RAR карликовых галактик сильно зависит от расстояния до их родительской галактики, в то время как этого не происходит, если существует темная материя», – объясняет исследователь Эмилио Романо-Диас.
Это различие делает спутники мощным зондом для проверки того, действительно ли темная материя существует. Космический аппарат Gaia, который был запущен Европейским космическим агентством (ЕКА) в 2013 году, может дать ответ. Он был разработан для беспрецедентного изучения звезд в Млечном пути и его спутниковых галактик и собрал большой объем данных. Однако для анализа данных, вероятно, потребуются годы. «Индивидуальных измерений недостаточно для проверки небольших различий, которые мы обнаружили в наших моделях», – объясняет докторант Энрико Гаралли. «Но повторное исследование одних и тех же звезд каждый раз улучшает измерения. Рано или поздно должно быть, возможно, определить, ведут себя ли карликовые галактики, как во вселенной с темной материей, или нет».
Сегодня большинство физиков убеждены, что темная материя составляет около 80 процентов массы во Вселенной. Однако, несмотря на многочисленные экспериментальные усилия, нет прямого доказательства существования темной материи. Это всё же привело астрономов к гипотезе о том, что сама гравитация может вести себя иначе, чем считалось ранее. (1, 2, 3, 4.) Предложена, например, теория, названная модифицированной ньютоновской динамикой (MOND), в ней притяжение между двумя массами подчиняется законам Ньютона только до определенной точки. При очень малых ускорениях, таких как преобладающие в галактиках, гравитация становится значительно сильнее. Поэтому галактики не разрываются из-за их скорости вращения, и теория MOND может обойтись без темной материи.
Исследование открывает возможность для астрономов проверить эти гипотезы.
Источник: phys.org
***********
Фабрицио Никастро (Fabrizio Nicastro) и его коллеги использовали европейский космический телескоп XMM-Newton для наблюдения за рентгеновским спектром, который позволяет зарегистрировать присутствие раскаленного межгалактического вещества с температурой в миллионы градусов — по его способности блокировать рентгеновское излучение более далеких источников. Основное внимание астрономов было сосредоточено на одном из далеких квазаров, ярко излучающих во всем электромагнитном спектре. Время экспозиции составило в общей сложности 18 дней — рекорд для такого рода объектов. Обработав полученные данные, авторы действительно обнаружили свидетельства присутствия кислорода в двух облаках горячего межгалактического газа, оказавшихся на пути излучения квазара. Если аналогичные наблюдения других квазаров в других областях Вселенной укажут на аналогичные скопления, то именно такой раскаленный и разреженный газ может оказаться той недостающей частью барионной материи, которой как бы недостаточно для использования формулы гравитации Ньютона. Статья, опубликована в журнале Nature..
Ученые уже планируют новые исследования с помощью XMM-Newton и американского рентгеновского телескопа Chandra. И если они подтвердятся, то зонды следующего поколения, такие как готовящийся к запуску в 2028 году Athena, более чувствительные и точные, помогут лучше исследовать эту часть вещества