По мнению исследовательской группы, обнаружение перемычек в галактиках ставит под сомнение традиционную космологическую модель и стандартную теорию гравитации. Хотя в этой критике есть доля обоснованности, предложенные изменения в физических теориях также вызывают вопросы.
Новая работа в Symmetry сосредотачивает внимание на том, что наблюдаемые типичные галактические структуры, кажется, несовместимы с наличием темной материи в галактиках. Как полагают в связи с этим авторы исследования, ее там и нет, а наблюдаемые странности во вращении галактических дисков указывают на то, что мы неправильно понимаем природу гравитации. Статья с новой стороны подходит к показу некорректности стандартной космологической модели, предлагая вместо нее разновидность МОНД — модифицированные ньютоновские динамические гипотезы, предполагающие, что закон всемирного тяготения неприменим при малых ускорениях.
Примерно полвека назад астрономы получили достоверные данные наблюдений, свидетельствующие о необычном поведении дисков галактик, включая и нашу. В Солнечной системе скорость движения планет уменьшается с увеличением расстояния от Солнца. Аналогичная картина наблюдается и в других планетных системах, судя по информации об экзопланетах. Однако в галактиках скорость вращения звезд на окраинах дисков (по отношению к их центрам) примерно не отличается от скорости вращения звезд в ядре. Это привело к предположению о существовании невидимых во всех диапазонах электромагнитного спектра объектов, окружающих галактики и оказывающих гравитационное воздействие на их края.
Обнаружение подобной «темной материи» облегчало интерпретацию результатов наблюдений за неоднородностями во Вселенной. Данные, полученные в результате гравитационного линзирования, также свидетельствовали о том, что масса многих галактик превышает ту, которую можно определить по наблюдениям в оптическом или любом другом диапазоне.
Гипотеза о существовании «темной материи» представлялась логичной, однако она нуждалась в объяснении природы этого феномена. На протяжении десятилетий физики считали, что это могут быть экзотические частицы, известные как вимпы, обладающие массой, но не взаимодействующие с фотонами и другими формами излучения. Однако, несмотря на поиски, подобные частицы так и не были обнаружены в экспериментах.
В 1983 году был предложен альтернативный метод решения проблемы — модифицированная ньютоновская динамика (MOND). Согласно этой теории, на окраинах галактических дисков, где гравитационное воздействие материи из центра галактики уменьшается из-за значительного удаления от него, действует измененный закон всемирного тяготения. Это позволяет объектам в таких областях перемещаться вокруг центра галактик с большей скоростью, чем это возможно в рамках стандартной модели гравитации. Однако MOND сталкивается с трудностями в объяснении динамики скоплений и сверхскоплений галактик. В этих структурах наблюдаемые явления больше соответствуют наличию некой невидимой массы, поскольку иное объяснение движения крупных галактических скоплений представляется затруднительным.
Авторы новой работы предложили подход, сочетающий различные элементы, с преобладанием идей, разработанных в рамках теории MOND. Они считают, что легкое, стерильное нейтрино, вероятно, обладает массой. Стерильным нейтрино называют гипотетическую разновидность, которая взаимодействует с веществом крайне слабо, в отличие от обычных нейтрино, или вообще не взаимодействует, за исключением гравитационного взаимодействия. Современные исследования показывают, что если такие частицы существуют, их масса не превышает сотен электронвольт. Таким образом, они не способны внести достаточный вклад в массу Вселенной, необходимый для объяснения темной материи.
Ученые предложили объяснение «немондовской» динамике в скоплениях галактик, предположив, что стерильные нейтрино существуют, но обладают малой массой, не превышающей сотни электронвольт. Это оказывает влияние на процессы, происходящие в крупномасштабных структурах, таких как скопления галактик. В то же время, на масштабах галактик MOND демонстрирует адекватные предсказания.
Исследователи утверждают, что их модель обладает большей прогностической способностью по сравнению с общепринятой космологической. Согласно последней, скорость изменения границ дисков в различных галактиках может отличаться, поскольку эволюция каждой галактики индивидуальна. В результате, содержание темной материи в разных галактиках также может варьироваться (NS упоминал подобные ситуации здесь).
Авторы новой работы утверждают, что отсутствие необходимости учитывать эволюцию каждой галактики в MOND указывает на его «повышенную предсказательную способность». В тех случаях, когда MOND не может объяснить скорость движения внешних областей галактик («галактики без темной материи» согласно стандартной космологической теории), исследователи объясняют это «нехваткой информации».
Работа представляет интерес, поскольку затрагивает важные и актуальные вопросы. Например, авторы справедливо указывают на то, что спиральные галактики с перемычкой свидетельствуют об отсутствии темной материи в галактических дисках. Перемычка, или бар, в спиральной галактике – это область, состоящая из ярких звезд, исходящая из центра галактики и пересекающая ее по центру. Такая структура присутствует примерно в двух третях спиральных галактик, в том числе и в нашей, Млечном Пути.
Вращение перемычек галактик указывает на то, что наличие большого количества темной материи привело бы к их замедлению с течением времени. Однако, спиральные галактики с перемычками, как правило, не демонстрируют такого замедления. Это является весомым доказательством того, что темная материя может отсутствовать внутри галактики.
Следует отметить, что ряд исследователей предлагают другие пути решения проблемы темной материи — без модификации закона всемирного тяготения. Например, Николай Горькавый, опираясь на данные LIGO, указывает на наличие во Вселенной большого числа черных дыр средних масс. Он отмечает, что шаровые скопления из таких объектов могут играть роль темной материи, не требуя ни модификации гравитационных законов, ни введения неких экзотических и никакими способами не регистрируемых элементарных частиц типа вимпов или стерильных нейтрино.