Столкновение галактик проливает свет на темную материю

 


Уже более 70 лет астрофизики убеждены, что обычная материя должна быть окружена обширными пространствами невидимого вещества, которое в целом недостаточно плотное, чтобы сталкиваться с традиционным веществом, но локально достаточно сконцентрированное, чтобы своим гравитационным полем препятствовать галактикам свободно разлетаться. Названное темным веществом, оно обнаруживает себя только через гравитационное воздействие. Некоторые ученые полагают, что общая теория относительности Эйнштейна не в состоянии описывать, как гравитация работает в галактических масштабах. Недавно наблюдаемое столкновение двух галактик пролило свет на сущность темной материи, доказывая реальность ее существования.

Дуглас Клоу (Douglas Clowe) из Аризонского университета (University of Arizona) в составе группы исследователей наблюдал столкновение двух галактик. Одна из галактик была «пулей», что удалось установить благодаря облаку горячего газа, деформированного и имеющую характерную баллистическую форму. Наблюдения велись с помощью рентгеновской обсерватории Чандра (Chandra X-ray Observatory). Такая форма газового облака образуется, когда перегретая плазма крупной галактики приходит в соприкосновение с разогретым до миллионов градусов водородом и гелием меньшей по размеру галактики. Хотя галактики и сталкиваются, традиционная материя проходит насквозь без столкновений из-за того, что между звездами огромные расстояния.

Образующие галактику звезды составляют только 1 – 2 %, а плазма не более 5 – 15 %. По мере того, как галактики проходили друг друга насквозь, ученым удалось определить гравитационную силу взаимодействия различных частей галактической материи по тому, как она преломляла свет. Именно таким образом и была открыта темная материя задолго до этого. Поскольку газовое облако более массивно, гравитационная линза, создаваемая горячей плазмой должна быть более явной. С другой стороны, если предположить, что галактики тащат за собой гало темного вещества, как предсказывает теория, то относительно небольшие количества обычной материи должны создавать более мощную линзу из-за своего невидимого компаньона.

Наблюдения, проводимые с помощью других телескопов, таких как космический телескоп Хаббл, показали, что преломление света от звезд позади сталкивающихся галактик соответствует гравитационному полю скорее малых галактик, чем облаков горячего газа. «Такое наблюдалось и ранее. Вам надо было принять существование темной материи, чтобы объяснить дополнительную гравитацию, либо сама гравитация на таких расстояниях в миллионы световых лет не подчиняется тем же физическим законам, что и в нашей части Вселенной, – объясняет Клоу. – Наши наблюдения показывают, что темное вещество существует независимо от того, как ведет себя гравитационное взаимодействие в таких крупных масштабах».

Однако доказательство существования, с которыми вы можете ознакомиться в будущем номере журнала Astrophysical Journal Letters, совершенно не дает представления о том, чем же в действительности является темная материя. «За эти годы мы доказательно исключили, что темная материя имеет барионную природу, как и коричневые карлики или черные дыры. Осталась невыясненной возможность существования новых субатомных частиц, – замечает член команды исследователей Деннис Зарицкий (Dennis Zaritsky) из Аризонского университета (University of Arizona). – Не будет преувеличением сказать, что мы знаем о вселенной много, когда 90 % ее массы для нас остается скрытой».

Дэвид Билло
Источник: Журнал "В мире науки"