Негравитационные взаимодействия темной материи при столкновении галактических кластеров
The nongravitational interactions of dark matter in colliding galaxy clusters. David Harvey, Richard Massey, Thomas Kitching, Andy Taylor, Eric Tittley. Science. 2015. Vol. 347. No 6229. P. 1462–1465.
Темная материя представляет собой одну из главных загадок в современном научном знании о Вселенной. Темной материи во Вселенной намного больше, чем обычной материи, однако она практически неуловима: она не отражает, не поглощает и не испускает свет, что делает ее невидимой для наблюдений в любой части электромагнитного спектра. Темную материю можно обнаружить лишь по гравитационным эффектам, оказываемым ею на материю видимой части Вселенной (в частности, с ней связан эффект гравитационного линзирования), что и позволяет астрономам говорить о ее существовании. Темная материя искривляет свет, идущий от далеких звезд по направлению к земному наблюдателю, а также ускоряет движение галактик внутри скоплений. Галактические скопления (кластеры) состоят на 90% из темной материи, что делает их идеальными объектами для изучения этой субстанции. При помощи космических телескопов Hubble и Chandra авторы исследовали 72 столкновения кластеров галактик. Первый позволяет проводить наблюдения в видимой части спектра, а второй – в рентгеновском диапазоне. Кластеры галактик включают в себя три основных компонента: собственно звездные системы, газовые облака и темную материю. При столкновении скоплений газовые облака меняют направления и скорости своего движения. Галактики значительно реже меняют свою структуру из-за больших расстояний между ними и высоких скоростей, с которыми они движутся. Оказалось, что при таких масштабных столкновениях темная материя почти никак не меняет своего движения. Это означает, что она чрезвычайно слабо взаимодействует сама с собой. Авторы проанализировали данные о столкновениях, чтобы измерить изменение импульса темной материи в тот момент, когда два кластера врезались друг в друга. Ученые исходили из двух возможных вариантов поведения темной материи во время этого процесса, один из которых подразумевал, что ее частицы слабо, но часто взаимодействуют друг с другом, а второй говорил о редких, но достаточно сильных взаимодействиях. В первом случае столкновение галактик приведет к тому, что облака темной материи замедлят свое движение, а во-втором – часть их будет разбросана по окружающей межгалактической среде. Неожиданно расчеты показали, что сгустки темной материи попросту проходят сквозь друг друга. Это означает, что ее частицы не взаимодействуют между собой и не вызывают торможения или то, что частиц темной материи не существует вовсе. В работе удалось собрать богатую статистику по столкновениям других скоплений, происходящих в разные времена и под разными углами. Результаты исследование увеличивают вероятность того, что две гипотетические частицы темной материи взаимодействуют ниже математической вероятности взаимодействия двух реально существующих протонов. А значит, скорее всего, темных протонов, о которых говорилось ранее, не существует в природе. Авторы отмечают, что их работа позволяет создать новые перспективные теоретические модели для объяснения поведения темной материи и отбросить неактуальные.
В.В. Стрекопытов