• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
14.09.2023
Александр Березин
23 558

«Толстяк» в два квадриллиона масс Солнца нанес удар по теории темной материи

5.4

До недавних пор темную материю представляли как особые невидимые «холодные» частицы — вимпы. Однако недавно открытое астрономами гигантское событие выглядит несовместимым с ней. А вот гипотезы, предлагающие принципиально иные решения, получили дополнительный импульс.

Скопление галактик Эль Гордо в искусственных цветах. Голубым цветом показаны детали снимка, полученные телескопами рентгеновского диапазона, красным, зеленым и голубым — полученные в видимом диапазоне, красным и оранжевым — полученные в инфракрасном диапазоне / © NASA, CXC, Rutgers, J. Hughes et al., ESO, VLT & SOAR, Rutgers, F. Menanteau, JPL, /F. Menanteau / Автор: Андрей Чернов

В последние десятилетия стандартной космологической моделью была Лямбда-CDM (ΛCDM), где CDM означает холодную темную материю. В рамках нее эффекты, которые оказывает темная материя на галактики и все остальное, объясняются тем, что она состоит из неких невидимых и пока необнаруживаемых частиц, взаимодействующих с обычной материей только через гравитацию.

У этой модели достаточно давно — несколько лет как — есть серьезные проблемы: она плохо стыкуется с последними наблюдениями за Вселенной. Одной из таких проблем стало столкновение в скоплении галактик Пуля, свет от которого шел до Земли 3,7 миллиарда лет.

Дело в том, что темная материя, состоящая из неизвестных частиц, все-таки не может состоять из частиц, которые совсем не взаимодействуют между собой. А при наличии такого взаимодействия столкновение галактик — каждая из которых погружена в массивное гало из темной материи — должно эффективно замедляться трением. Вероятность того, что скопления галактик могут сталкиваться с параметрами Пули, относительно невелика. Поэтому еще в 2015 году ряд исследователей отметили, что открытие других скоплений со сходной высокой скоростью столкновения создаст серьезный вызов для теории холодной темной материи, состоящей из вимпов.

Так в фокус внимания астрофизиков попала ситуация вокруг Эль-Гордо («Толстяк») — крупного скопления галактик, свет от которого шел до Земли семь миллиардов лет. Международная группа ученых опубликовала в The Astrophysical Journal работу с подробным разбором ситуации с «Толстяком».

Авторы напомнили, что более ранние попытки оценить совместимость «Толстяка» с моделью Лямбда-CDM опирались на недостаточно точные данные то по массе скопления, состоящего из двух сливающихся субскоплений, то по скорости, с которой сливаются эти субскопления. Это исследование базируется на обновленных данных: в частности, массу «Толстяка» за счет слабого искажения им света более далеких галактик уточнили до 2,1 квадриллиона масс Солнца.

Чтобы понять, может ли скопление такой массы и наблюдаемой скорости слияния быть совместимым с ΛCDM, физики построили ряд моделей, опирающихся на Лямбда-СDM и пытающихся сгенерировать скопление галактик с параметрами Эль-Гордо. Оказалось, это чрезвычайно сложно.

Скопление галактик Пуля. На этом снимке в рентгеновском диапазоне видно, как одна часть скопления на большой скорости столкнулась с другой. Долгое время скопление Пули считали отличным доказательством модели холодной темной материи, благо модифицированная ньютоновская динамика, альтернативная модель объяснения эффектов темной материи) плохо описывала процессы в этом скоплении. Однако к 2015 году стало ясно, что вероятность скопления с такими параметрами столкновения его частей относительно невелики. Так скопление Пули стало проблемой модели холодной темной материи, состоящей из вимпов / © Wikimedia Commons

Скорость столкновения частей Эль-Гордо между собой — более 2500 километров в секунду. В то же время уже при скорости соударения в 2300 километров в секунду статистическая значимость расхождения между параметрами «Толстяка» и моделью ΛCDM превышает пять сигм.

Иными словами, уже для 2300 километров в секунду вероятность существования Эль-Гордо во Вселенной, где работает ΛCDM, — не выше 0,0001%. Это очень низкая величина: в физике считается, что уровень в пять сигм означает доказанность того или иного тезиса статистически. Для скоростей наблюдаемого уровня (повторимся, они выше 2500 километров в секунду) статзначимость вывода работы еще выше. То есть реальный Эль-Гордо несовместим с ΛCDM на уровне даже выше пяти сигм.

Проблемой тут можно назвать не только высокую скорость столкновения. Сам факт наличия во Вселенной семь миллиардов лет назад настолько массивного скопления галактик тоже крайне слабо совместим с современными представлениями о природе темной материи. Согласно им, сперва возникают галактики, затем — их скопления, а только потом, через много миллиардов лет, — их особо массивные скопления вроде «Толстяка». Он просто не должен был успеть сформироваться столь рано.

Ранее Naked Science описывал ряд других проблем теории вимпов, которыми долго объясняли темную материю. Там же мы затрагивали наиболее вероятное альтернативное объяснение ситуации с темной материей — гипотезу Николая Горькавого, согласно которой она состоит из компактных шаровых скоплений черных дыр средних масс, следы которых массово обнаруживает обсерватория LIGO. В 2023 году упомянутый физик выпустил книгу «Осциллирующая Вселенная», подробно разбирающую то, как новое понимание природы темной материи влияет на наши космологические представления о Вселенной.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 18:00
Александр Березин

Авторы нового исследования впервые показали, что круглые провалы в лунной поверхности не просто близки к многокилометровым пещерам на естественном спутнике Земли, но и располагают тоннелями, ведущими в глубину.

7 часов назад
Александр Березин

Традиционное представление о роли человека в земных экосистемах известно: он нарушает их нормальную работу и снижает биоразнообразие. Однако первая попытка изучить следы пыльцы за последние 12 тысяч лет принесла скорее противоположные данные — как минимум для континентов, полностью расположенных в Северном полушарии.

6 часов назад
Полина Меньшова

Лекарства, которые используют для анестезии, заставляют человека на какое-то время потерять сознание. Этот эффект может быть связан с дестабилизацией мозга, выяснили ученые из США.

Вчера, 18:00
Александр Березин

Авторы нового исследования впервые показали, что круглые провалы в лунной поверхности не просто близки к многокилометровым пещерам на естественном спутнике Земли, но и располагают тоннелями, ведущими в глубину.

12 июля
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

13 июля
Татьяна

Все клеточные организмы ученые ведут от гипотетического предка — LUCA. Существует масса предположений и расчетов о том, как он был устроен, где и когда возник. В новой работе исследователи из Великобритании попытались ответить на эти вопросы.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно