В окрестностях Млечного Пути обнаружили следы темной материи

Ученые обнаружили в звездном потоке, вращающемся вокруг центра нашей Галактики, два больших разрыва, которые могли появиться в результате прохождения сквозь него сгустков темной материи. Работа исследователей была принята к публикации в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, с текстом статьи можно ознакомиться на сервере препринтов ArXiv.

Темная материя представляет собой гипотетическую форму материи, которая составляет почти 27 процентов от наблюдаемой нами Вселенной. Главная трудность при ее поисках заключается в том, что она не испускает электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним, а это значит, что ее невозможно обнаружить с помощью прямого наблюдения. Поэтому исследователи вынуждены использовать альтернативные методы, которые основываются на наблюдениях за поведением других объектов, способных испытывать гравитационное влияние темной материи. К таким методам относятся измерение скоростей, с которыми галактики в галактических скоплениях движутся вокруг общего центра; анализ того, как искажаются изображения астрономических объектов из-за эффекта гравитационного линзирования; наблюдение за рентгеновским излучением горячего газа в скоплениях.

В новой работе ученые использовали собственный метод поиска темной материи. С помощью фотометрии высокого разрешения они изучали распределение звезд в звездном потоке Palomar 5. Когда-то он представлял собой шаровое скопление, однако впоследствии это скопление было «разорвано» гравитацией Млечного Пути и вытянуто вдоль орбиты под действием приливных сил. Звездный поток считается довольно простой и хрупкой структурой, и хотя и небесные тела в нем движутся друг за другом, они достаточно слабо связаны между собой, а это значит, что его целостность вполне может быть нарушена достаточно массивным объектом.

Исследователи заметили, что в Palomar 5 наблюдаются два «разрыва» разной величины. Компьютерное моделирование показало, что они могли появиться в результате прохождения рядом со звездным потоком пары сгустков теплой темной материи, также известных как субгало. По оценкам ученых, их масса составляет 10⁶–10⁷ и 10⁷–10⁸ масс Солнца, что на самом деле считается достаточно маленьким значением для такого типа объектов. Если последующее измерение лучевых скоростей и собственного движения звезд в потоке подтвердит гипотезу ученых, то обнаруженные субгало окажутся самыми маленькими из известных.

Эти результаты имеют важное значение для понимания природы темной материи, так как, по словам ученых, позволяют судить о массе составляющих ее частиц. Авторы работы заявляют, что если субгало имеют меньший размер, чем самая маленькая карликовая галактика, то его частицы будут достаточно массивными. В пресс-релизе на сайте Кембриджского университета ученые

, что легкие частицы должны двигаться быстро и собираться в скопления большого размера, в то время как тяжелые частицы будут перемещаться медленнее и образовывать маленькие сгустки. Соответственно, оценочная величина самого субгало

, какие характеристики имеют его составляющие.

В то же время ученые не исключают, что «разрывы» в звездных потоках могли быть вызваны гравитационных влиянием бара (перемычки), проходящего через центр Галактики, или гигантского молекулярного облака — обширной области молекулярного газа с массой 10

–10

солнечных масс. Дальнейшие исследования «следа» в звездном потоке должны помочь объяснить причину его появления.

На сегодняшний день о составе темной материи почти ничего не известно. Ученые предполагают, что ее небольшая часть, где-то около 4 процентов, состоит из обычного барионного вещества, которое не испускает или почти не испускает собственного излучения. Эта часть темной материи может быть представлена черными дырами, нейтронными звездами, коричневыми, белыми и черными карликами, а также рядом гипотетических объектов — кварковыми, преонными и q-звездами. Однако большую ее часть, по мнению астрофизиков, составляет небарионное вещество и здесь в качестве главных кандидатов выступают WIMP (

— гипотетические слабовзаимодействующие массивные частицы. Их особенность заключается в том, что они участвуют только в гравитационном и слабом взаимодействии, то есть фактически почти никак не проявляют себя во взаимодействии с обычным веществом. Поиски WIMP ведутся уже много лет как прямыми, так и косвенными методами, но, несмотря на большое количество экспериментов, ученым пока что обнаружить их не удалось. 

Кристина Уласович