Ученые полагают, что перемычки в галактиках опровергают традиционную модель космологии и стандартную теорию гравитации.
Новая работа в SymmetryсосредотачиваетНаблюдаемые строения галактик кажутся несовместимыми с наличием темной материи. Исследователи предполагают отсутствие ее в галактиках, а наблюдаемые особенности вращения дисков связывают с недостаточным пониманием гравитации. Статья предлагает альтернативный взгляд на стандартную модель космологии, выдвигая свою версию. МОНДПредположения измененной ньютоновской динамики, гласящие, что закон всемирного тяготения не действует при слабых ускорениях.
Примерно полвека назад астрономы получили достоверные наблюдения о странном поведении дисков галактик, в том числе нашей. В Солнечной системе чем дальше планета от звезды, тем медленнее она вращается. По данным об экзопланетах, так происходит и в других системах. В галактиках скорость вращения звезд на краях диска (относительно центра) примерно одинакова с скоростью ядра. Из этого сделали вывод о существовании невидимых объектов во всех диапазонах, окружающих галактики и создающих гравитационное поле, раскручивающее края дисков.
Наличие «темной материи» упрощало понимание результатов наблюдений за неоднородностью Вселенной. Данные гравитационного линзирования также указывали на то, что масса многих галактик превышает ту, которая вычисляется из оптических и других диапазонов наблюдений.
Гипотеза о «темной материи» казалась логичной, однако требовала разъяснения её природы. В течение десятилетий физики предполагали, что это экзотические частицы-вимпы, обладающие массой, но не взаимодействующие с фотонами всех видов излучения. К проблеме добавилось то, что подобные частицы в экспериментах не находились.
В 1983 году предложили новый подход к решению проблемы — MOND, модифицированную ньютоновскую динамику. Согласно ей, на краях галактических дисков, где действие гравитации материи из ядра галактики ослабевает (в силу огромных удалений), закон всемирного тяготения изменяется — объекты в таких зонах могут двигаться вокруг центра галактик намного быстрее, чем позволяет стандартное представление о гравитации. Проблемой MOND было то, что она плохо объясняла динамику в скоплениях и сверхскоплениях галактик. Там больше было похоже на то, что все же есть некая невидимая масса — иначе объяснить движения крупных скоплений галактик было сложно.
Авторы исследования предложили гибридный подход с преобладанием MOND.
По их мнению, логично предполагать, что лёгкое стерильное нейтрино обладает массой. Стерильным называют такое гипотетическое разновидность нейтрино, которое не взаимодействует с веществом, кроме как гравитационно. На данный момент установлено, что масса таких частиц, если они существуют, ниже сотен электронвольт. Следовательно,
нейтрино не могут дать Вселенной столько массы, чтобы «закрыть» всю потребность в темной материи.
Ученые пытаются объяснить «немондовскую» динамику в скоплениях галактик предположением о массе стерильных нейтрино, которая меньше сотен электронвольт. Такая масса может влиять на положение дел лишь на больших масштабах, например, в скоплениях галактик, а на масштабах отдельных галактик MOND всё еще хорошо предсказывает наблюдаемые явления.
Учёные пришли к выводу, что их модель обладает большей предсказательной силой по сравнению со стандартной космологической. Последняя предполагает, что динамика краев дисков в разных галактиках может различаться из-за различного течения эволюции каждой отдельной галактики. Это может приводить к тому, что количество темной материи в одной галактике меньше, чем в другой (о подобных случаях сообщалось ранее).
Авторы нового исследования считают, что MOND более предсказательной из-за отсутствия необходимости учитывать эволюцию каждой отдельной галактики. В случае невыяснения скоростей движения краев галактик в рамках MOND, авторы говорят о «недостатке информации».
Работа привлекательна тем, что затрагивает актуальные вопросы. Например, авторы справедливо указывают: спиральные галактики с перемычкой свидетельствуют о малой концентрации темной материи в самих дисках галактик. Перемычкой («баром») в спиральной галактике называют область из ярких звезд, выходящую из центра галактики и пересекающую ее посередине. Такая структура присутствует у двух третей спиральных галактик, включая нашу Галактику Млечный Путь.
Перемычки вращаются, и если бы галактики имели большое количество темной материи, та замедляла бы их со временем. Однако у большинства спиральных галактик с перемычками замедление не наблюдается. Это серьезный аргумент в пользу отсутствия темной материи в самой галактике.
Следует отметить, что ряд исследователей предлагаютДругие 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.
По его мнению, шаровые скопления из таких объектов могут играть роль темной материи, не требуя ни модификации гравитационных законов, ни введения экзотических и никак не регистрируемых элементарных частиц типа вимпов или стерильных нейтрино.