Науковці використали складні комп’ютерні моделі для розробки тесту, здатного відповісти на актуальне питання в астрофізиці: чи існує насправді темна матерія? Чи потрібно змінити закон всесвітнього тяжіння Ньютона? Нове дослідження показує — відповідь прихована в особливостях руху зір у невеликих галактиках-супутниках, що обертаються навколо Молочного Шляху. Результати нового дослідження оприлюднив журнал Physical Review Letters.
За допомогою одного з найпотужніших в світі суперкомп’ютерів було створено модель розподілу матерії в званих «карликових» галактиках — це невеликі зоряні системи, що оточують, наприклад, Молочний Шлях або галактику Андромеди. Дослідники зосередили увагу на характеристиці, яку називаються «відношення радіального прискорення» (radial acceleration relation, RAR). У спіральних галактиках зорі рухаються по кругових орбітах навколо галактичного центра. Прискорення, яке змушує їх постійно змінювати напрям, зумовлене гравітаційною дією матерії в галактиці. RAR описує взаємозв’язок між цим прискоренням і тим, яке спричиняє тільки видима матерія.
На зображенні показано розподіл темної матерії (верхній ряд) та зір (нижній ряд). Фото з сайту www.sciencedaily.com.
«Ми вперше змоделювали RAR карликових галактик зважаючи на припущення про існування темної матерії», — пояснив професор д-р Крістіано Порціані (Cristiano Porciani) з Інституту астрономії імені Арґеландера Боннського університету. «Виявилося, що вони поводять себе як зменшені версії великих галактик». Але що буде, якщо темної матерії не існує, а закон всесвітнього тяжіння інший, ніж вважав Ньютон? «У такому разі RAR карликових галактик сильно залежить від їхньої відстані до материнських галактики. Натомість, цієї залежності немає, якщо існує темна матерія», — пояснив Еміліо Романо-Діас (Emilio Romano-Díaz)
Ця відмінність робить галактики-супутники потужним зондом для перевірки існування темної матерії. Космічний апарат «Гайя» (Gaia), запущений Європейським космічним агентством у 2013 році, може виконати такий тест. Gaia створено для вивчення положення і рухів зір у Молочному Шляху та його галактиках-супутниках з великою точністю. Зонд вже зібрав велику кількість даних.
Однак, можливо, знадобляться роки, щоб вирішити цю загадку. «Поодиноких вимірювань недостатньо для того, щоб перевірити невеликі відмінності, які ми знайшли в нашому моделюванні», — пояснив доктор Енріко Ґаральді (Enrico Garaldi). «Але багаторазові докладні спостереження тих самих зір кожного разу покращують вимірювання. Рано чи пізно маємо визначити, є чи ні в карликових галактиках темна матерія».
«Клей», що тримає галактики разом
Питання темної матерії є однією з найбільш актуальних проблем сучасної космології. Існування темної матерії передбачив понад 80 років тому швейцарський астроном Фріц Цвіккі (Fritz Zwicky). Він зрозумів: швидкість галактик в галактичних скупченнях така велика, що вони мали б розпадатися. Оскільки цього немає, Цвіккі постулював присутність невидимої речовини, яка свою масою створює потрібну силу тяжіння, щоб утримувати галактики на їхніх спостережуваних орбітах. У 70-х роках минулого століття американський астроном Віра Рубін (Vera Rubin) виявила схоже явище в спіральних галактиках, таких як Молочний Шлях. Вони обертаються так швидко, що відцентрова сила мала б їх розірвати, якщо б вони містили тільки видиму матерію.
Сьогодні більшість фізиків переконані, що темна матерія становить близько 80 відсотків маси у Всесвіті. Оскільки вона не взаємодіє зі світлом, вона невидима для телескопів. Припущення про темну матерію дозволяє пояснити низку спостережних явищ, але незважаючи на численні експериментальні зусилля, досі немає прямих доказів її існування. Це спонукало астрономів висловити гіпотези про те, що сила тяжіння може поводитися інакше, ніж вважали раніше. Згідно з теорією під назвою MOND (MOdified Newtonian Dynamics), сила тяжіння між двома масами відповідає закону Ньютона лише до певної точки. При дуже малих прискореннях, зокрема тих, що переважають у галактиках, гравітація стає значно сильнішою. Тому галактики не розриваються через їхнє швидке обертання, а теорія МОНД може обійтися без загадкової матерії.
Нове дослідження відкриває астрономам можливість протестувати ці дві гіпотези з високою точністю.
За інф. з сайту www.sciencedaily.com
