Недавно астрономы сделали случайное открытие, которое не поддается объяснению ни одной из существующих теорий, будь то модели, описывающие холодную или теплую темную материю. Специалисты полагают, что пришло время рассматривать принципиально новые подходы.
По оценкам ученых, темная материя формирует 85 процентов всей известной материи во Вселенной, что указывает на ее ключевое значение для структуры мироздания. Без ее присутствия формирование галактик и звезд в тех масштабах, которые мы наблюдаем сегодня, заняло бы гораздо больше времени, а, следовательно, возникновение человечества также было бы невозможно.
Одновременно ее сущность до конца не понятна. До 2020 года преобладали представления о так называемой холодной темной материи, состоящей из вимпов – частиц, слабо взаимодействующих с обычной материей и воздействующих на окружающее пространство исключительно посредством своей массы. Однако открытия, сделанные в конце 2010-х годов, поставили эту концепцию под сомнение. К примеру, скопление галактик Пуля не показывало при столкновении серьезного торможения, хотя в теории соударения вимпов делали его неизбежным.
Международная группа астрофизиков предприняла попытку определить свойства темной материи, используя данные о недавнем астрономическом открытии – объекте JVAS B1938+666. Исследователи установили, что наблюдения JVAS B1938+666 противоречат как модели холодной темной материи, состоящей из вимпов, так и моделям горячей темной материи. Их исследование опубликовали в Nature Astronomy.
JVASB1938+666 представляет собой карликовую эллиптическую галактику, расположенную на расстоянии 12,1 миллиарда световых лет. Она привлекает внимание астрономов не столько своими характеристиками, сколько тем, что действует как гравитационная линза, увеличивающая изображение объекта, находящегося за ней и удаленного от нас примерно на 28,4 миллиарда световых лет. На фоне этой удаленной галактики был идентифицирован третий объект, обладающий значительным гравитационным воздействием, которое, согласно предыдущим исследованиям, соответствует массе, эквивалентной 190 миллионам масс Солнца. При этом в области его расположения не наблюдается никаких видимых проявлений, что указывает на его состав из темной материи.
Анализ, проведенный с использованием моделей, описывающих поведение авторов работы, указывает на то, что объект расположен вблизи первой линзирующей галактики, на расстоянии около 12 миллиардов световых лет от Земли. Он включает в себя точечную массу в центре и равномерный диск, видимый с Земли. Характерной особенностью является резкое снижение плотности на расстоянии приблизительно 460 световых лет от центра, что приводит к ее исчезновению. Наиболее подходящими для наблюдений являются объекты с массой, составляющей три миллиона солнечных, и радиусом ядра, не превышающим 30 световых лет.
Ученые полагают, что в центре исследованного объекта может находиться черная дыра либо очень плотное звездное скопление. Однако, в этой области не наблюдается излучения, а наличие черной дыры в гало из темной материи противоречит существующим моделям как холодной, так и теплой темной материи.
По мнению авторов исследования, обнаруженный ими объект не имеет аналогов среди известных астрофизических систем. В качестве объяснения они рассматривают гипотезы, относящиеся к необычному классу, предполагающему самовзаимодействие темной материи. Согласно этим гипотезам, темная материя способна взаимодействовать с самой собой, формируя черные дыры в центрах темных гало. При этом авторы не отметили, что концепция самовзаимодействующей темной материи плохо совместима с данными, полученными при изучении скопления галактик Пуля, где взаимодействие темной материи не было зафиксировано.
Вместе с тем, их утверждение о несовместимости обнаруженного объекта с какими-либо известными астрономическими или астрофизическими системами представляется не совсем обоснованным. Если рассматривать исключительно системы, выявленные посредством наблюдений, то, безусловно, это первый случай. Однако, как уже было отмечено неоднократно писал Naked Science сообщала в конце 2010-х годов о гипотезах, согласно которым темная материя может состоять из темных шаровых скоплений реликтовых черных дыр. Предполагается, что масса каждой из них составляет несколько солнечных масс. По оценкам, такие скопления обладают радиусом приблизительно в десяток световых лет и массой до миллиона солнечных масс. Эти параметры сопоставимы с характеристиками центральной области объекта, рассмотренного в новом исследовании.
В случае, если это соответствует действительности, перед нами одно из первых зарегистрированных темных шаровых скоплений. Важно отметить, что модель, в которой темная материя представлена темными шаровыми скоплениями, не предполагает наличие каких-либо частиц темной материи, поскольку, согласно этой гипотезе, она не состоит из частиц. Соответственно, отпадают и трудности, связанные с отсутствием взаимодействия частиц темной материи в скоплении галактик Пуля и подобных ему образований. Окончательное подтверждение (или опровержение) гипотезы темных шаровых скоплений станет возможным благодаря будущим наблюдениям за гравитационными волнами, которые будут особенно чувствительны к слияниям черных дыр, обладающих теми массами, из которых, как предполагается, состоят эти скопления.