Нове дослідження темної матерії в кластері Bullet може спростувати її існування

Темна матерія (ТМ), ця загадкова матерія, що становить 85% маси Всесвіту, продовжує захоплювати та ставити в глухий кут вчених. Хоча ми не можемо виявити її у видимому світлі, її вплив можна побачити в обертальних кривих галактик, гало темної матерії та гравітаційних лінзах, які вони викликають. Кластер Bullet, що складається з двох зіткнених кластерів галактик, розташованих приблизно за 3,7 мільярда світлових років від Землі, викликає особливий інтерес у астрономів, які шукають ТМ. Причина в тому, що дослідження гравітаційного лінзування, як стверджується, надають вагомі докази її існування.

При вивченні кластера Bullet вчені відзначили, що галактики, розташовані за його межами, з'являються спотвореними, що є результатом гравітації кластера, яка викривляє простір-час навколо нього. Використовуючи Космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST), міжнародна команда дослідників проаналізувала нові дані та існуючі зображення, щоб отримати нові уявлення про цей кластер. Згідно з їхнім аналізом, існує альтернативне пояснення спостережуваних ефектів кластера, яке зовсім не включає ТМ. Їхні висновки можуть змусити астрономів переоцінити те, що вважалося одним з найпереконливіших доказів наявності ТМ.

Зіткнення, яке створило кластер Bullet, сталося приблизно 4 мільярди років тому, коли два кластери, що містять сотні галактик, зіткнулися на швидкостях понад 2500 км/с (1550 миль/с). Хоча кластери галактик містять зірки в трильйонах, більшість їх видимої матерії складається з газу, що розташований між зоряними системами - тобто міжзоряного середовища (ISM). Під час зіткнення два газові хмари зазнали тертя, проходячи один через одного, що призвело до їх нагрівання та уповільнення. Ці газові хмари сьогодні видимі як розмиті плями, які яскраво світяться в рентгенівському спектрі.

Однак галактики в двох кластерах пройшли один через одного без інцидентів, оскільки відстань між окремими зірками була настільки великою, що вони змогли пролетіти повз один одного. В результаті два кластери були відокремлені від міжзоряного газу, який вони несли з собою. На зображенні Вебба (показаному вище) гарячі газові хмари з'являються рожевими, тоді як розподіл темної матерії з'являється синім. Кластер 1 видимий зліва від найлівішої газової хмари, тоді як Кластер 2 знаходиться праворуч від правої. Ці чотири структури формують весь кластер Bullet.

Ще одне, що чітко видно з зображення, це те, як галактики за межами кластера виглядають спотвореними та півмісяцеподібними. Дивно, але галактичні кластери показують найсильніший ефект лінзування, незважаючи на їх відносно невелику масу. Тим часом дві світні хмари, де повинна бути зосереджена найбільша маса, демонструють порівняно слабкий ефект. Це свідчить про те, що в цих галактиках прихована додаткова матерія, яку астрономи не можуть виявити.

Згідно з сучасними теоріями, ТМ взаємодіє з нормальною матерією лише через гравітацію, а не через інші фундаментальні сили (електромагнетизм, слабкі та сильні ядерні сили). Через це вона не сповільнюється через тертя і не відокремлюється від кластерів галактик. Дані також підтримують іншу інтерпретацію: Модифіковану Ньютонівську динаміку (MOND), космологічну модель, яка повністю відмовляється від ТМ. До сьогодні MOND вважалася чимось на кшталт маргінальної теорії, оскільки не може пояснити такі явища, як кластер Bullet.

"Однак ми показуємо у нашому дослідженні, що, навпаки, кластер Bullet насправді особливо узгоджується зі сценарієм MOND," - сказав дослідник HISKP Дунг Чжан, провідний автор та той, хто виконав велику частину розрахунків. "Якщо масивні зірки врешті-решт згоряють, вони стають нейтронними зірками або чорними дірами. Як і темна матерія, обидва є невидимими і можуть бути виявлені лише величезними гравітаційними силами, які вони чинять."

Як додав професор HISKP Павел Крупа, співавтор дослідження:

Це спостереження досі вважалося доказом існування темної матерії. Рештки масивних зірок беруть на себе роль темної матерії до певної міри в сценарії MOND. Навіть у стандартній моделі, яка припускає існування темної матерії, її постульована кількість повинна бути значно зменшена – приблизно вдвічі.

Крім того, нові дані з Вебба дозволили провести більш точні розрахунки кількості зірок та важких елементів у обох кластерах. Доктор Інданіл Банік з Інституту космології та гравітації Університету Портсмута (інший співавтор) показав, що нові розраховані числа зірок та інших об'єктів можуть пояснити спостережуваний ефект гравітаційного лінзування. Ці нові дані та уявлення про кластер Bullet поставили під сумнів ключовий доказ наявності ТМ і зробили більш переконливим випадок для MOND.

Додаткова література: Universität Bonn, Physics Review D