«Хаббл» поставил под сомнение теорию холодной темной материи

Гравитационное линзирование на скоплении Abell S1063

NASA, ESA, and J. Lotz (STScI)

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

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.