Исследователи из Боннского университета и Калифорнийского университета в Ирвине использовали сложные компьютерные симуляции для разработки теста, который мог бы ответить на жгучий вопрос в астрофизике: есть ли действительно темная материя?
Или, нужно ли модифицировать гравитационный закон Ньютона? Новое исследование, опубликованное в «Physical Review Letters», показывает, что ответ скрыт в движении звезд в небольших галактиках-спутниках, вращающихся вокруг Млечного Пути.
Используя один из самых быстрых суперкомпьютеров в мире, ученые моделировали распределение материи так называемых спутниковых «карликовых» галактик. Это небольшие галактики, которые окружают, например, Млечный Путь или Андромеду.
Исследователи сосредоточились на отношениях, называемых «радиальным соотношением ускорения» (RAR). В дисковых галактиках звезды движутся по круговым орбитам вокруг галактического центра. Ускорение, которое заставляет их постоянно менять направление, вызвано притяжением материи в галактике. RAR описывает взаимосвязь между этим ускорением и тем, что вызвано только видимым веществом. Он дает представление о структуре галактик и распределении их материи, сообщает vnauke.in.ua
«Впервые мы моделировали RAR карликовых галактик, исходя из предположения, что существует темная материя», – объясняет профессор д-р Криштиано Порциани из Института астрономии Аргеландера в Боннском университете. «Оказалось, что они ведут себя как уменьшенные версии более крупных галактик». Но что, если нет темной материи, а гравитация «работает» иначе, чем думал Ньютон? «В этом случае RAR карликовых галактик сильно зависит от расстояния до их родительской галактики, в то время как этого не происходит, если существует темная материя», – объясняет исследователь Эмилио Романо-Диас.
Это различие делает спутники мощным зондом для проверки того, действительно ли темная материя существует. Космический аппарат Gaia, который был запущен Европейским космическим агентством (ESA) в 2013 году, уже смог дать ответ. Он был разработан для беспрецедентного изучения звезд в Млечном пути и его спутниковых галактик и собрал большой объем данных.
Однако для решения этой загадки, вероятно, потребуются годы. «Индивидуальных измерений недостаточно для проверки небольших различий, которые мы обнаружили в наших симуляциях», – объясняет аспирант Энрико Гаралли. «Но повторное пристальное внимание к тем же звездам каждый раз улучшает измерения. Рано или поздно должно быть возможно определить, ведут ли карлики-галактики себя так благодаря темной материи – или нет».
Этот вопрос сегодня является одной из самых актуальных проблем в космологии. Существование темной материи было предложено более 80 лет назад швейцарским астрономом Фрицем Цвикки. Он понял, что галактики движутся так быстро в скоплениях галактик, что они должны фактически дрейфовать друг от друга. Поэтому он постулировал наличие невидимой материи, которая благодаря своей массе обладает достаточной гравитацией для сохранения галактик на наблюдаемых орбитах. В 1970-х годах его коллега из США Вера Рубин обнаружил подобное явление в спиральных галактиках, таких как Млечный Путь: они вращаются так быстро, что центробежная сила должна разорвать их на части, если присутствует только видимое вещество.
Сегодня большинство физиков убеждены, что темная материя составляет около 80 процентов массы во Вселенной. Поскольку она не взаимодействует со светом, она невидима для телескопов. Тем не менее, учёные предположили, что её существование отлично подходит для ряда других наблюдений, таких как распределение фонового излучения, послесвечение Большого Взрыва. Темная материя также дает хорошее объяснение расположению и скорости образования галактик во Вселенной. Однако, несмотря на многочисленные экспериментальные усилия, нет прямого доказательства существования темной материи. Это привело астрономов к гипотезе о том, что сама гравитационная сила может вести себя иначе, чем считалось ранее. Согласно теории, названной MOND (MOdified Newtonian Dynamics), притяжение между двумя массами подчиняется законам Ньютона только до определенной точки. При очень малых ускорениях, таких как преобладающие в галактиках, гравитация становится значительно сильнее. Поэтому галактики не разрываются из-за их скорости вращения, и теория MOND может обойтись без таинственной звездной тёмной материи.
Добавить комментарий