Новая модель темной материи объяснила ее нехватку в паре далеких галактик

По существующим представлениям, большая часть вещества в нашем мире представлена темной материей. В отличие от обычной, она вступает лишь в гравитационные взаимодействия, а в остальном остается совершенно невидима и неощутима. Тем не менее именно ее огромная масса определяет рост галактик и образование крупномасштабной структуры Вселенной.

Что представляет собой эта загадочная материя и ее частицы, неизвестно. В частности, доминирующая на сегодня гипотеза «холодной темной материи» (CDM) подразумевает, что, помимо гравитации, они никак не взаимодействуют даже между собой. Более недавняя, но менее распространенная гипотеза «самовзаимодействующей темной материи» (SIDM) считает, что такие частицы все же взаимодействуют за счет неизвестной «темной» силы.

Обе теории дают схожие предсказания о том, как темная материя задает крупномасштабную структуру Вселенной, однако ее поведение и распределение по внутренним областям галактик описывают по-разному. Такое сравнение удалось провести, наблюдая пару довольно необычных галактик NGC 1052-DF2 и NGC 1052-DF4 — спутниц более крупной NGC 1052, расположенных от нас примерно в 65 миллионах световых лет. Работа представлена 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).

Авторы работы предположили, что большую часть темной материи эти галактики потеряли из-за влияния гравитации массивной соседки NGC 1052. Чтобы проверить свою идею, они провели компьютерное моделирование этого процесса, опираясь на формулы как CDM-, так и SIDM-модели. Оказалось, второй вариант предсказывает потерю темной материи галактиками DF2 и DF4 намного точнее, чем распространенная модель «холодной темной материи».

По словам ученых, в рамках CDM внутреннее гало темной материи получается «слишком жестким» и устойчивым к действию приливных сил со стороны соседней гравитирующей галактики. В результате материя покидает гало с большим трудом, тогда как на примере галактик DF2 и DF4 мы наблюдаем совершенно иное. Зато в модели SIDM взаимодействия между частицами темной материи облегчает их уход, позволяя появляться таким объектам как DF2 и DF4.