«Хаббл» поставил под сомнение теорию холодной темной материи
Данные сильного гравитационного линзирования скоплений галактик, собранные телескопом «Хаббл», позволили найти распределение вероятности для расстояния между центром масс скопления и самой яркой галактикой скопления (BCG). Оказалось, что это распределение не согласуется с принятой сейчас теорией холодной темной материи. Статья принята к публикации в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.
Теория холодной темной материи (Cold Dark Matter, CDM) является основной в современной космологии и астрофизике. Согласно этой теории, темная материя состоит из частиц, движущихся со скоростями много меньше скорости света и очень слабо взаимодействующих с обычной барионной материей. По современным представлениям темная материя составляет примерно 85 процентов от всей материи (и примерно 25 процентов от массы вселенной) и играет ключевую роль в формировании галактик и скоплений галактик.
Несмотря на то, что модель CDM хорошо объясняет крупномасштабную структуру вселенной, на более мелких масштабах существуют некоторые расхождения между экспериментальными данными и теорией. Например, наблюдения за местной группой выявили, что распределение плотности некоторых карликовых галактик не согласуется с предсказаниями CDM. В данной работе физики сообщают о еще одном таком несоответствии.
Заключается это расхождение в следующем. Естественно предположить, что в скоплении галактик самая яркая и массивная из них (brightest cluster galaxy, BCG) находится в центре (точнее, центре масс). В результате некоторых событий (например, поглощения скоплением еще одной галактики) BCG может сместиться и начать колебаться с некоторой амплитудой около положения равновесия. По стандартной теории CDM эти колебания должны быстро затухать. В действительности это оказывается не всегда так.
Чтобы проверить предположение о быстром затухании колебаний, физики смоделировали их с помощью стандартного программного обеспечения для космологических гидродинамических симуляций BAHAMAS в предположении теории CDM и нашли распределение вероятности для расстояния между центром масс скопления и BCG. В самом деле, эти расчеты установили верхнюю границу на амплитуду колебаний самой яркой галактики, равную двум килопарсекам.
Затем ученые выяснили, на каком отдалении находятся центры масс обычной и темной материи в реальных скоплениях галактик. Для этого они использовали эффект сильного гравитационного линзирования — явления, при котором свет от объектов, находящихся за скоплением, искажается так сильно, что мы видим сразу несколько его изображений. С помощью численного моделирования они проверили пять сценариев, в которых амплитуда колебаний BCG составляла от нуля до двадцати килопарсек, и посмотрели, как в них искажается свет. Затем ученые сравнили результаты расчетов с данными десяти подтвержденных примеров сильного линзирования, собранными телескопом «Хаббл», и построили реальное распределение вероятности для расстояния между центром масс скопления и BCG. Оказалось, что определенная таким образом амплитуда колебаний составляет около 12 килопарсек, что намного больше результата, полученного с помощью расчетов в предположении стандартной теории CDM.
Авторы статьи надеются, что в дальнейшем более точные наблюдения за скоплениями галактик позволят лучше изучить колебания BCG и, возможно, понять, как себя в действительности ведет темная материя. Возможно, они подтвердят теорию теплой темной материи или взаимодействующей самой с собой темной материи.
Ранее мы писали о том, как ученые обнаружили в древних галактиках недостаток темной материи. Также недавно астрономы нашли часть недостающей барионной материи Вселенной в газовых нитях, которые соединяют между собой соседние галактики.
Дмитрий Трунин
В теории их быть не должно
Астрономы обнаружили сразу две крупные экзопланеты у очень маломассивного красного карлика. Такое открытие не вписывается в стандартные теории формирования планет, которые предсказывают отсутствие таких экзогигантов. Препринт работы опубликован на сайте arXiv.org. Считается, что маломассивные звезды очень редко формируют вокруг себя крупные планеты, а в случае очень легких красных карликов, с массами менее 0,2-0,4 массы Солнца, процесс образования гиганта в протопланетном диске, согласно стандартной модели аккреции вещества на твердое ядро, идти не должен. Однако на сегодняшний день уже известна малочисленная, но существующая в реальности популяция экзогигантов вокруг звезд с малой массой, которая начала формироваться 25 лет назад, когда была открыта экзопланета GJ 876b. Поиск таких тел важен для уточнения теоретических моделей и обоснования исключений из них. Группа астрономов во главе с Хосе-Мануэлем Альменарой (Jose-Manuel Almenara) из Университета Гренобль-Альпы сообщила об открытии сразу двух крупных экзопланет на орбитах вокруг маломассивной звезды. Речь идет о красном карлике TOI 4860, наблюдения за которым велись при помощи транзитного метода космическим телескопом TESS и наземным телескопом ExTrA, а также метода радиальных скоростей при помощи спектрографов SPIRou и ESPRESSO, установленных на наземных телескопах. TOI 4860 относится к спектральному классу M3.5V, обладает массой 0,34 массы Солнца и радиусом 0,354 радиуса Солнца и находится на удалении 262,2 светового года от Солнца. Звезда характеризуется повышенной металличностью, демонстрирует низкий уровень активности, а ее возраст оценивается примерно в четыре миллиарда лет. Существование TOI-4860b было подтверждено, эта транзитная экзопланета обладает массой 0,273 массы Юпитера и радиусом 0,766 радиуса Юпитера, и, скорее всего, похожа на Сатурн. Она находится на близкой к круговой орбите с периодом 1,52 дня и средним расстоянием до звезды в 0,0181 астрономической единицы, а ее эффективная температура составляет 694 кельвина. Судя по близости к звезде, форма планеты должна искажаться приливными силами, а орбита будет уменьшаться со временем. Экзогигант представляется интересной целью для дальнейших наблюдений, в том числе спектроскопических исследований атмосферы. TOI-4860с пока что остается кандидатом в экзопланету. Ее орбита характеризуется вытянутостью (эксцентриситет 0,657), длиной большой полуоси 0,776 астрономической единицы и периодом 426,9 дня, при этом сама экзопланета не транзитная и обладает минимальной массой 1,66 массы Юпитера. Ранее мы рассказывали о том, как ученые нашли аномально долгопериодического экзогиганта у близкой к Солнцу звезды.
