Астрономы вновь анализируют понимание данных, полученных при изучении скопления галактик, известного как Скопление «Пуля». Этот объект долгое время рассматривался как одно из самых убедительных непрямых подтверждений существования тёмной материи. Новое исследование, выполненное международными специалистами и основанное на информации с космического телескопа «Джеймс Уэбб», указывает на возможность объяснения наблюдаемых явлений без привлечения гипотетической тёмной материи – в рамках альтернативной концепции, называемой модифицированной ньютоновской динамикой (MOND).

Скопление «Пуля» возникло вследствие мощнейшего слияния двух галактических скоплений примерно 4 миллиарда лет назад. Эти структуры двигались друг к другу со скоростью, превышающей 2500 км/с, и включают в себя сотни галактик, каждая из которых состоит из множества звёздных систем. Преобладающая доля массы вещества в подобных структурах сосредоточена не в звездах, а в раскалённом межгалактическом газе.

В процессе столкновения газовые облака двух скоплений вступили во взаимодействие, что привело к возникновению трения, нагреву и снижению их скорости. В итоге они отделились от галактических структур, которые практически не испытывали сопротивления из-за значительных расстояний между звёздами.

Именно эта особенность в поведении различных элементов системы сделала Скопление «Пуля» важным объектом для космологических исследований. При наблюдениях с использованием рентгеновских обсерваторий газовые облака проявляются как два нечётких участка излучения, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга, тогда как галактики оказываются смещены в сторону.

Значительный интерес представляет распределение массы, определенное на основе явления гравитационного линзирования – когда массивные тела деформируют путь света от расположенных за ними галактик. В соответствии с общепринятой точкой зрения, наиболее сильное искажение наблюдается не в тех зонах, где сконцентрирован видимый газ, а в областях с недостатком заметного вещества. Данное несоответствие стало одним из ключевых доводов в поддержку концепции тёмной материи.

По словам профессора Павла Крупы из Боннского университета, ранее скопление «Пуля» рассматривалось как почти неопровержимое доказательство существования тёмной материи, поскольку предполагалось, что она взаимодействует с обычной материей исключительно посредством гравитации и не испытывает замедления при столкновениях.

Тем не менее, свежее исследование предоставляет иную точку зрения на этот вопрос. Согласно модифицированной ньютоновской динамике (MOND), разработанной физиком Мордэхаем Милгромом, гравитационные взаимодействия в масштабах галактик могут отклоняться от предсказаний классической механики Ньютона. Это даёт возможность переоценить распределение массы без необходимости постулирования существования невидимой субстанции.

Ученые воспользовались новыми данными, полученными телескопом «Джеймс Уэбб», которые позволили более точно определить количество звёзд и тяжелых элементов в рассматриваемой системе. Особое внимание было уделено веществу, связанному с заключительными этапами развития массивных звезд – нейтронным звездам и черным дырам, обладающим значительной массой и влияющих на гравитационное линзирование, несмотря на их невидимость.

Согласно расчетам исследователей, вклад подобных компактных объектов может в определенной степени или даже полностью объяснить наблюдаемое искажение светового потока. В этом случае необходимость в существенном количестве тёмной материи снижается, а её предполагаемая доля в общепринятой модели может быть скорректирована приблизительно на порядок.

Следовательно, представленная работа не является доказательством полного отказа от концепции тёмной материи, но показывает, что данные по скоплению «Пуля» могут быть согласованы и с альтернативным пониманием гравитации. Авторы полагают, что это повышает вероятность применимости MOND в космологии больше, чем считалось до этого.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review D.