Существующая теория, объясняющая природу темной материи, не позволила разобраться с ее недостатком в ультрадиффузных галактиках NGC 1052-DF2 и NGC 1052-DF4, однако предложенная недавно гипотеза предоставила точные прогнозы.
Согласно современным научным взглядам, значительная доля вещества во Вселенной приходится на темную материю. Она отличается от обычной темной материей тем, что взаимодействует только посредством гравитации, оставаясь при этом невидимой и неощутимой. Однако именно ее колоссальная масса оказывает определяющее влияние на формирование и развитие галактик и образование крупномасштабной структуры Вселенной.
Природа этой таинственной материи и ее составляющие остаются невыясненными. В частности, наиболее распространенная на данный момент гипотеза – «холодная темная материя» ( CDM) предполагает, что, помимо гравитации, они не вступают во взаимодействие даже друг с другом. Более современная, хотя и менее популярная гипотеза, называемая «самовзаимодействующей темной материей» ( SIDM) полагает, что эти частицы, тем не менее, оказывают влияние друг на друга посредством пока не известной «темной» силы.
Обе теории делают аналогичные прогнозы относительно влияния темной материи на формирование крупномасштабной структуры Вселенной, но расходятся в описании ее поведения и распределения внутри галактик. Сравнить эти модели стало возможным благодаря наблюдениям за парой весьма своеобразных галактик NGC 1052-DF2 и NGC 1052-DF4 — спутников более крупной галактики NGC 1052, находящихся от нас на расстоянии около 65 миллионов световых лет. Результаты исследования представлены в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
DF2 и DF4 — ультрадиффузные галактики, отличающиеся совсем слабой светимостью. Предполагается, что в таких галактиках доля темной материи особенно велика: при крайне малом количестве звезд масса их может быть сравнимой с массой Млечного Пути. Однако в этот раз все оказалось не так. «Наблюдения DF2 и DF4 показали, что отношение темной материи к массе звезд равно примерно единице, раз в 300 меньше ожидаемого, — говорит руководитель группы исследователей, профессор Калифорнийского университета в Риверсайде Хай-Бо Юй (Hai-Bo Yu).
В своей работе авторы высказали предположение, что значительная доля темной материи была утрачена этими галактиками под воздействием гравитационного притяжения массивной соседней галактики NGC 1052. Для проверки этой гипотезы ими было проведено компьютерное моделирование, основанное на формулах как CDM-, так и SIDM-моделей. Результаты показали, что второй вариант значительно точнее прогнозирует потерю темной материи галактиками DF2 и DF4 по сравнению с общепринятой моделью «холодной темной материи».
Согласно исследованиям ученых, в рамках модели CDM внутреннее гало темной материи характеризуется излишней жесткостью и высокой устойчивостью к приливным силам, исходящим от соседней гравитационно связанной галактики. Это затрудняет выход материи из гало, в отличие от того, что наблюдается в галактиках DF2 и DF4. В модели SIDM, напротив, взаимодействия между частицами темной материи способствуют их выходу, что позволяет формироваться подобным объектам, как DF2 и DF4.