Група вчених вважає, що наявність у галактик перемичок вказує на неправоту традиційної космологічної моделі і стандартної теорії гравітації. Незважаючи на коректність частини цієї критики, пропонована модифікація фізичних теорій теж викликає питання.
Питання про те, що саме змінює поведінку країв галактичних дисків, стоїть у центрі сучасної космології та фізики ©Wikimedia Commons
Нова робота в Symmetry зосереджує увагу на тому, що спостережувані типові галактичні структури, здається, несумісні з наявністю темної матерії в галактиках. Як вважають у зв’язку з цим автори дослідження, її там і немає, а спостережувані дивацтва в обертанні галактичних дисків вказують на те, що ми неправильно розуміємо природу гравітації. Стаття з нового боку підходить до показу некоректності стандартної космологічної моделі, пропонуючи замість неї різновид MOND — гіпотези модифікованої ньютонівської динаміки, згідно з якою закон всесвітнього тяжіння просто не працює для малих прискорень.
Близько півстоліття тому астрономи отримали надійні спостережні дані про те, що диски галактики — і нашої теж — поводяться ненормально. У Сонячній системі чим далі планета від світила, тим повільніше вона слідує по траєкторії навколо нього. Судячи з відомих даних про екзопланети, так само справа йде в інших планетних системах. А ось в галактиках замість цього швидкість обертання зірок в краях галактичних дисків (щодо галактичних центрів) приблизно та ж, що у самого ядра. З цього був зроблений висновок, що є якісь невидимі – в жодному діапазоні — об’єкти, що оточують галактики, які своїм тяжінням розкручують краю цих дисків.
Ряд галактик поводиться так, ніби темної матерії в них немає або майже немає. MOND не може цього пояснити, на відміну від стандартної космологічної теорії, яка списує різницю поведінки на різну еволюцію таких галактик (їх обдирання більш масивними). Автори нової роботи припускають, що по всіх таких галактиках є якісь неточності спостереження / ©Nature
Наявність подібної “темної матерії” спрощувало і розуміння результатів спостережень за неоднорідністю Всесвіту. Дані гравітаційного лінзування теж вказували на те, що багато галактик мають масу вище тієї, і це випливає зі спостережень за ними в оптичному або будь-якому іншому діапазоні.
Така гіпотеза “темної матерії” була логічною, але вимагала пояснення, що ж це таке. Десятки років фізики припускали, що це якісь екзотичні частинки – вімпи, що мають масу, але не взаємодіють з фотонами всіх видів випромінювання. Проблемою виявилося те, що подібні частинки в жодних експериментах не виявлялися.
У 1983 році запропонували інший підхід до вирішення проблеми — MOND, модифікована ньютонівська динаміка. Відповідно до неї, на краях галактичних дисків, де дія гравітації матерії з ядра галактики слабшає (в силу величезних відстаней від нього), закон всесвітнього тяжіння змінюється — причому так, що об’єкти в таких зонах можуть рухатися навколо центру галактик набагато швидше, ніж дозволяє стандартне уявлення про гравітацію. Проблема MOND, однак, полягала в тому, що вона погано пояснювала динаміку в скупченнях і надскупченнях галактик. Там більше було схоже на те, що все ж є якась невидима маса — інакше пояснити руху великих скупчень галактик було складно.
Автори нової роботи запропонували щось на зразок гібридного підходу з сильною перевагою в бік MOND. На їхню думку, логічно припустити, що легке стерильне нейтрино має масу. Стерильним називають такий гіпотетичний різновид нейтрино, яке не просто дуже слабо взаємодіє з речовиною, як нейтрино звичайне, а взагалі з ним не взаємодіє, крім як гравітаційно. На сьогодні показано, що якщо такі частинки і є, то їх маса нижче сотень електронвольт. Отже, вони не можуть дати Всесвіту стільки маси, щоб “закрити” всю потребу в темній матерії.
Дослідники спробували пояснити “немондівську” динаміку в скупченнях галактик завдяки тому, що стерильні нейтрино все ж є, просто їх маса мала — нижче сотень електронвольт — і впливає на стан справ лише на великих масштабах, наприклад в скупченнях. А ось на масштабах галактик все добре пророкує і MOND.
Вчені роблять висновок, що їх варіант має більше передбачувальної сили, ніж стандартна космологічна модель. Остання вказує, що динаміка країв дисків в різних галактиках може бути різною, оскільки еволюція тієї чи іншої галактики здатна відрізнятися. У підсумку і кількість темної матерії в одній може бути меншою, ніж в інший.
- Загальну теорію відносності підтвердили за допомогою Сонця
- Вчені пояснили полярні сяйва у верхніх шарах атмосфери Юпітера
З точки зору авторів нової роботи, те, що MOND не потребує врахування еволюції кожної галактики, говорить про її “більшу прогностичну силу”. При цьому для випадків, коли MOND не пояснює швидкість руху країв галактик («галактики без темної матерії», в рамках стандартної космологічної теорії), дослідники припускають якусь «недостатність даних».
NGC 1300, спіральна галактика з перемичкою (яскрава поздовжня деталь у центрі) / ©Wikimedia Commons
Робота цікава тим, що піднімає дійсно гострі проблеми. Наприклад, її автори мають рацію, коли відзначають: спіральні галактики з перемичкою вказують на те, що в самих галактичних дисках темної матерії практично немає. Перемичкою («баром») в спіральній галактиці називають область з яскравих зірок, що виходить з галактичного центру і перетинає галактику посередині. Вона є у двох третин спіральних галактик, включаючи наш Чумацький Шлях.
Перемички обертаються, і якби галактики були володарями великої кількості темної матерії, вона сповільнювала їх з часом. Однак у більшості спіральних галактик з перемичками уповільнення не відбувається. Це досить серйозний аргумент на користь того, що в самій галактиці темної матерії немає.