Новое исследование темной материи в Кластере Пули может опровергнуть ее существование

Темная материя (ТМ), эта загадочная материя, составляющая 85% массы Вселенной, продолжает завораживать и озадачивать ученых. Хотя мы не можем разрешить ее в видимом свете, ее влияние можно увидеть в вращательных кривых галактик, гало темной материи и гравитационных линзах, которые они создают. Кластер Пули, состоящий из двух сталкивающихся кластеров галактик, расположенных примерно в 3,7 миллиарда световых лет от Земли, представляет особый интерес для астрономов, ищущих ТМ. Причина в том, что исследования гравитационного линзирования, как утверждается, предоставляют убедительные доказательства ее существования.

При исследовании Кластера Пули ученые отметили, что галактики, расположенные за его пределами, выглядят искаженными, что является результатом гравитации кластера, искажающей пространство-время вокруг него. Используя Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), международная команда исследователей проанализировала новые данные и существующие изображения, чтобы получить новое понимание этого кластера. Согласно их анализу, существует альтернативное объяснение наблюдаемым эффектам кластера, которое вовсе не включает ТМ. Их выводы могут заставить астрономов пересмотреть то, что считалось одним из самых убедительных доказательств существования ТМ.

Столкновение, создавшее Кластер Пули, произошло около 4 миллиардов лет назад, когда два кластера, содержащие сотни галактик, столкнулись на скоростях более 2500 км/с (1550 мпс). Хотя кластеры галактик содержат триллионы звезд, большинство их видимой материи состоит из газа, расположенного между звездными системами — т.е. межзвездной среды (ISM). Во время столкновения два газовых облака испытывали трение, проходя друг через друга, что приводило к их нагреву и замедлению. Эти газовые облака видны сегодня как размытые пятна, ярко светящиеся в рентгеновском спектре.

Тем не менее, галактики в двух кластерах прошли друг через друга без инцидентов, поскольку расстояние между отдельными звездами было настолько велико, что они смогли пролететь мимо друг друга. В результате два кластера были отделены от межзвездного газа, который они несли с собой. На изображении Уэбба (показанном выше) горячие газовые облака выглядят розовыми, в то время как распределение темной материи отображается синим цветом. Кластер 1 виден слева от самого левого газового облака, в то время как Кластер 2 находится сразу справа от правого. Эти четыре структуры составляют весь Кластер Пули.

Еще одной очевидной деталью на изображении является то, как галактики за пределами кластера выглядят искаженными и полумесяцевидными. Странно, но кластеры галактик показывают самый сильный эффект линзирования, несмотря на их относительно низкую массу. Тем временем два светящихся облака, где должна быть сосредоточена наибольшая масса, показывают сравнительно слабый эффект. Это предполагает, что в этих галактиках скрыта дополнительная материя, которую астрономы не могут обнаружить.

Согласно современным теориям, ТМ взаимодействует с обычной материей только через гравитацию, а не через другие фундаментальные силы (электромагнетизм, слабые и сильные ядерные силы). Из-за этого она не замедляется трением и не отделяется от кластеров галактик. Данные также поддерживают другую интерпретацию: Модифицированная ньютоновская динамика (MOND), космологическая модель, которая полностью исключает ТМ. До сих пор MOND считалась чем-то вроде маргинальной теории, поскольку она не может объяснить такие явления, как Кластер Пули.

"Тем не менее, мы показываем в нашем исследовании, что, наоборот, Кластер Пули на самом деле особенно согласуется со сценарием MOND," сказал исследователь HISKP Донг Чжан, ведущий автор и тот, кто выполнил большую часть расчетов. "Если массивные звезды в конечном итоге сгорают, они становятся нейтронными звездами или черными дырами. Как темная материя, обе они невидимы и могут быть обнаружены только по огромным гравитационным силам, которые они exert."

Как добавил профессор HISKP Павел Крупа, соавтор исследования:

Это наблюдение до сих пор считалось доказательством существования темной материи. Остатки массивных звезд в определенной степени выполняют роль темной материи в сценарии MOND. Даже в стандартной модели, которая предполагает существование темной материи, ее предполагаемое количество должно быть значительно уменьшено — примерно на половину.

Кроме того, новые данные от Уэбба позволили более точно рассчитать количество звезд и тяжелых элементов в обоих кластерах. Доктор Индранил Баник из Института космологии и гравитации Университета Портсмута (другой соавтор) показал, что новоиспеченные числа звезд и других объектов могут объяснить наблюдаемый эффект гравитационного линзирования. Эти новые данные и понимание Кластера Пули поставили под сомнение ключевой элемент доказательства существования ТМ и сделали более убедительный случай для MOND.

Дополнительные материалы: Universität Bonn, Physics Review D