"Хаббл" нашел следы "новой физики" в поведении темной материи - «Наука»

© NASA / ESA, and J. Lotz (STScI)Скопление галактик Abell S1063 в созвездии Цапли, где ученые нашли аномалии в поведении темной материи

МОСКВА, 26 окт – Новости Дня. Орбитальная обсерватория "Хаббл" получила необычные фотографии крупных скоплений галактик, чьи обитатели "дрожат" при движении вокруг общего центра массы, что указывает на наличие неизвестных свойств в поведении темной материи, говорится в статье, опубликованной в журнале MNRAS.

"Мы обнаружили, что самые яркие галактики в подобных скоплениях "дрожат", двигаясь вокруг той точки, где скопилась темная материя. Это означает, что плотность темной материи в центре скопления не является такой высокой, как предсказывают текущие теории, а заметно более низкой. Все это говорит о том, что в центральной части скоплений присутствует некая экзотическая форма темной материи", — заявил Дэвид Харви (David Harvey) из Федеральной политехнической школы в Лозанне (Швейцария).

"Хаббл" сфотографировал галактику с "неправильной" темной материей

Достаточно долгое время ученые считали, что Вселенная состоит из той материи, которую мы видим, и которая составляет основу всех звезд, черных дыр, туманностей, скоплений пыли и планет. Но первые наблюдения за скоростью движения звезд в близлежащих к нам галактиках показали, что светила на их окраинах движутся в них с невозможно высокой скоростью, которая была примерно в 10 раз выше, чем показывали расчеты на базе масс всех светил в них.

Причиной этого, как сегодня считают ученые, была так называемая темная материя – загадочная субстанция, на чью долю приходится примерно 75% от массы материи во Вселенной. Как правило, в каждой галактике примерно в 8-10 раз больше темной материи, чем ее видимой "кузины", и эта темная материя удерживает звезды на месте и не дает им "разбежаться".

Сегодня почти все ученые уверены в существовании темной материи, однако ее свойства, помимо ее очевидного гравитационного влияния на галактики и скопления галактик, остаются загадкой и предметом споров среди астрофизиков и космологов. Достаточно долго ученые предполагали, что она сложена из сверхтяжелых и "холодных" частиц-"вимпов", никак не проявляющих себя, кроме как притягивая видимые скопления материи.

Ученые нашли галактики, нарушающие законы стандартной модели физики

Безуспешные поиски "вимпов" в последние два десятилетия заставили многих теоретиков считать, что темная материя на самом деле может быть "легкой и пушистой" и состоять из так называемых аксионов – сверхлегких частиц, похожих по массе и свойствам на нейтрино. Другие исследователи, в свою очередь, предполагают что темная материя может состоять из нескольких разных компонент, один или несколько которых могут постепенно распадаться.

Харви и его коллеги нашли первые следы существования подобных экзотических форм темной материи, наблюдая при помощи "Хаббла" за десятью крупнейшими скоплениями галактик в ближайших окрестностях Млечного Пути, чья масса превышает солнечную примерно в 100 триллионов раз.

Ученых интересовали две вещи – то, как были распределены галактики по скоплению в целом и то, как двигались самые яркие обитатели этих "звездных семей" при появлении в них новых членов. Для раскрытия этих свойств скоплений астрономы просчитали поведение их виртуальных аналогов при помощи суперкомпьютеров, а затем сравнили, насколько совпадали реальные фотографии и результаты симуляций.

Астрономы впервые получили фотографии "нитей" темной материи

Оказалось, что траектории движения всех крупных и ярких галактик в этих десяти скоплениях не совпадали с тем, что показывали теоретические расчеты – они постоянно "сбивались с пути" и "дрожали", вращаясь вокруг общего центра масс, а не двигались строго по прямой линии, как то предсказывала теория.

Подобное дрожание, как сейчас считают Харви и его коллеги, было связано с тем, что в центрах этих скоплений существует не одно, а несколько "ядер" из сверхплотных комков темной материи. Их существование не предсказывается классическими космологическими теориями, описывающими свойства этой загадочной субстанции, и если открытие "Хаббла" подтвердится, то тогда ученые впервые смогут говорить об открытии первых реальных следов "новой физики".