Міжнародна група дослідників під керівництвом науковців з Інституту астрофізики Лейбніца (Institute for Astrophysics Potsdam, AIP) у Потсдамі пролила світло на багаторічну дискусію про те, чому галактики обертаються швидше, ніж очікувалося. І чи спричинена ця поведінка невидимою темною матерією, чи зменшенням гравітації в космічних масштабах.
Дослідження, виконане науковцями AIP у співпраці з колегами із Університету Суррея та Батського університету в Англії, Нанкінського університету в Китаї, Портуського університету в Португалії, Лейденського університету в Нідерландах та Лундського університету в Швеції, проаналізувало дані про швидкість зір з 12 найменших і найслабших галактик у Всесвіті, щоб перевірити різні теорії гравітації.
Серед них — Модифікована ньютонівська динаміка (Modified Newtonian Dynamics, MOND) — альтернативна теорія, вперше запропонована в 1980-х роках, яка припускає: закони гравітації змінюються при дуже низьких прискореннях і, отже, на дуже великих масштабах відстаней, що повністю усуває потребу в темній матерії.
Автори виявили, що внутрішні гравітаційні поля галактик не можна пояснити лише видимою матерією, і що передбачення MOND не відтворюють спостережувану поведінку. Потім вони порівняли свої результати з теоретичними моделями, які припускають, що ці галактики оточені масивним гало темної матерії. Ці моделі темної матерії, котрі обчислювали з використанням Національного суперкомп’ютера DiRAC у Великій Британії, суттєво краще відповідали спостережним даним.
Маріана Жуліо (Mariana Júlio), аспірантка Інституту астрофізики Лейбніца в Потсдамі та перший автор дослідження, сказала: «Прогнози щодо найменших карликових галактик вже давно суперечать прогнозам MOND, але цю розбіжність можна було б пояснити невизначеностями вимірювань або адаптацією теорії MOND».
«Вперше нам вдалося визначити гравітаційне прискорення зір у найслабших галактиках на різних радіусах, докладно розкривши їхню внутрішню динаміку. Як спостереження, так і наші EDGE-моделювання показують — їхнє гравітаційне поле не може бути визначене лише видимою матерією, що суперечить передбаченням модифікованої гравітації. Це відкриття підсилює потребу в темній матерії та наближає нас до розуміння її природи».
Дослідження (статтю про нього взяв до публікації журнал Astronomy & Astrophysics і наразі вона доступна на сервері препринтів arXiv) також ставить під сумнів давнє припущення про те, як поводяться галактики. Астрономи давно вважали, що існує простий зв’язок між кількістю видимої матерії в галактиці та силою тяжіння, яке вона створює, відомий як «співвідношення радіального прискорення». Хоча це співвідношення все ще актуальне для більших систем, нове дослідження показує, що воно погано виконується в найменших галактиках.
«Завдяки кращим спостережним даним та більш глибокому аналізу, наше нове дослідження повністю змінює картину про фактичні радіально розрізнені профілі карликових галактик», — додав доктор Марсель Павловські (Marcel Pawlowski), співавтор дослідження. «Наші результати підтверджують попередню підозру, що карликові галактики не відповідають очікуванням, які було зроблено на підставі досліджень більш масивних галактик. Вони не узгоджуються з екстрапольованим співвідношенням радіального прискорення, але показують більші прискорення або — на картині темної матерії — більшу відсутність видимої маси».
У деяких випадках однакова кількість видимої матерії може створювати різні гравітаційні прискорення. Це свідчить про те, що інший невидимий фактор — найімовірніше, темна матерія — впливає на їхню поведінку.
Професор Джастін Рід (Justin Read) з Університету Суррея, співавтор дослідження, сказав: «Нові дані та методи моделювання дають нам змогу картографувати гравітаційне поле в менших масштабах, ніж будь-коли раніше, і завдяки цьому ми маємо нове розуміння дивної, очевидно невидимої речовини, яка становить більшу частину маси Всесвіту. Наші результати показують: інформації, заснованої лише на тому, що ми можемо бачити, недостатньо, щоб визначити напруженість гравітаційного поля в найменших галактиках. Такий результат можна пояснити, якщо ці галактики оточені невидимим гало темної матерії, бо темна матерія кодує «відсутню інформацію». Але теорії MOND — принаймні ті, які запропоновані досі — вимагають, щоб гравітаційне поле визначало лише те, що ми бачимо. Здається, це просто не працює».
Хоча ці висновки не розкривають, з чого складається темна матерія, вони звужують простір для альтернативних пояснень. Майбутні спостереження ще слабших і віддалених галактик допоможуть з’ясувати, чим насправді є темна матерія.
За інф. з сайту https://phys.org
