Если не темная материя, то что?

Астрономы детально изучили движение сотен звезд Млечного пути для того, чтобы определить точное количество темной материи, находящейся поблизости от нас. И результат оказался ошеломляющим – темной материи здесь нет. Исследование, которые мы уже кратко описали ранее, показывает, что все звезды на расстояниях до 13000 световых лет от нас движутся под действием обычной, видимой материи. «Расчеты показали, что темная материя должна была сильно проявиться в наших наблюдениях. Но ее там просто не оказалось!» – говорит Кристиан Мони-Бидин, астроном из Университета Консепсьона и первый автор соответствующего исследования, представленного на страницах Астрофизического журнала

Если анализ данных, собранных при помощи аппаратуры Европейской южной обсерватории верен (а место для ошибки есть всегда), то он переворачивает с ног на голову десятилетия исследований пусть не по темной материи вообще, то хотя бы по ее распределению в галактике. Пожалуй, это даже ставит под вопрос все теорию. Ведь если темная материя составляет до 80% всей материи во Вселенной, и наши знания о ней говорит о том, что в окрестностях Солнца ее должно быть немало, то это отсутствие кажется очень подозрительным. Впрочем, сама концепция темной материи пока еще держится крепко. Например, она все еще отлично объясняет ускоренное движение окраин нашей галактики – здесь сказывается мощное гравитационное воздействие массы, которую мы не видим.

Но если темной материи нет в Солнечной системе, то может быть ее нет и нигде? Распределение темной материи по галактике должно быть очень специфическим, если оно позволяет крупному регионы обходиться без нее. «Современные теории сталкиваются с серьезными проблемами при попытке объяснить такую странную форму гало темной материи», – говорит Мони-Бидин.

Дальнейшие наблюдения, безусловно, необходимы, и пока рано отказываться от столь успешной теории. Желательно изучить тысячи звезд, а не «всего лишь» сотни. Чем больше объектов будет изучено, тем лучше их движение сможет указать на присутствие темной материи, проявляющейся в гравитации. Тем не менее, пока ищутся способы реабилитировать темную материю, получившую удар, возможно стоит подумать и об альтернативных теориях? Какие еще гипотезы могут объяснить вращение галактик и другие эффекты, объясняемые темной материей? Если не темная материя, или хотя бы не такая темная материя, как мы ожидаем, то что?

Гравитация: второй заход

Если сила гравитационного притяжения намного сильнее, чем думал Ньютон, а вслед за ним и Эйнштейн, то она могла бы объяснить вращение галактик. Для того, чтобы описывать ускорение звезд на окраинах Млечного пути, закон притяжения должен заметно отличаться от текущего – он уже не будет обратно пропорционален квадрату расстояния между объектами. Но при этом недостаточно просто уменьшить степень в законе, его полностью надо пересмотреть, ведь, здесь, на Земле, и в Солнечной системе в силе именно то соотношение, которое ввел Ньютон.

Эта теория носит название модифицированной ньютоновой динамики. «Наилучшей из альтернативных теория спиральных галактик является именно эта, так как она оказывается способной описать движение галактики с небольшими математическими допущениями», – говорит сотрудник Университет Огайо Дуглас Клоув, специалист по темной материи. Тем не менее, эта теория не затыкается столько же дыр, сколько темная материя. Она хорошо работает только для спиральных галактик. Для галактик другого типа, а также их скоплений и других крупных структур наблюдения не очень хорошо сходятся с предсказаниями теории. Она опять требует введения дополнительной материи. «Так что вместо того, чтобы просто использовать неизвестную частицу для описания наблюдений, эта теория требует и частицу, и изменения закона всемирного тяготения», – заключает Клоув. Ну и наконец, эта теория также не способна объяснить наблюдения, обсуждаемые здесь и ставящие под вопрос темную матери. Наблюдения команды Мони-Бидин подтвердили ньютоновский закон тяготения, для обычной материи без всяких добавок.

Поля фионов

Джон Моффат, физик из канадского института Периметр, предложил переработку описанной выше модели, просто «модифицированную гравитацию». По его утверждению, при помощи этой теории можно объяснить движение галактик и их скоплений без введения дополнительной материи. «Я взял эйнштейнову гравитацию и добавил в нее три поля», – говорит Моффат. И вот одно из этих полей опять же требует введения новой частицы – фиона, так что представляется ничуть не лучше темной материи.

Теплая и темная

Более консервативный подход – предположить, что темная материя просто ведет себя немного по-другому (самый консервативный подход – заявить о несостоятельности новых наблюдений). «Это значит, что темная материя должна быть распределена на больших расстояниях во внутренних частях галактики, – говорит Клоув. – Это можно получить, сделав частицы темной материи менее массивными, чем сейчас принято полагать». Эта теория носит название теплой темной материи и занимает срединное положение между теориями холодной и горячей темной материи. Эта теория допускает существование ядра темной материи в галактике, где ее количество не меняется, и ее заметно меньшее содержание в других частях галактики, что может объяснять наблюдения Мони-Бидин. Однако, среди космологов превалирующей гипотезой остается холодная темная материя, так как только она объясняет быстрое образование галактик в молодой Вселенной.

Темная материя оправдывает свое название, вызывая споры в среде ученых и не только.