Темная материя составляет 85 процентов от всего известного вещества Вселенной, и уже из этого ясно, что она играет определяющую роль в мироздании. Без нее само возникновение галактик и звезд в современных объемах не могло бы произойти достаточно быстро, а значит, и существование нашего вида в конечном счете тоже один из эффектов темной материи.
В то же время сама ее природа остается неясной. До 2020-х годов доминировали идеи о так называемой холодной темной материи, состоящей из вимпов, слабо взаимодействующих с обычной материей частиц, которые оказывают влияние на окружающий мир только через свою массу. Открытия конца 2010-х годов поставили эту модель под вопрос. Например, скопление галактик Пуля не показывало при столкновении серьезного торможения, хотя в теории соударения вимпов делали его неизбежным.
Теперь международная группа астрофизиков попробовала оценить природу темной материи на примере недавнего астрономического открытия — объекта JVAS B1938+666. Ученые пришли к выводу, что не только модель холодной темной материи из вимпов, но и модели так называемой горячей темной материи несовместимы с наблюдениями JVAS B1938+666. Результаты их работы опубликовали в Nature Astronomy.
JVASB1938+666 — это карликовая эллиптическая галактика, находящаяся в 12,1 миллиарда световых лет от нас. Интересна астрономам она даже не столько сама по себе, сколько как гравитационная линза, увеличивающая находящийся за ней далекий объект, примерно в 28,4 миллиарда световых лет от нас. На фоне этой второй галактики был найден третий объект, имеющий серьезное гравитационное влияние, которое более ранние работы посчитали соответствующим массе около 190 миллионов масс Солнца. Однако никаких видимых явлений в точке, где он находится, нет. То есть он состоит из темной материи.
Моделирование авторов работы показало, что объект находится в районе первой линзирующей галактики, примерно в 12 миллиардах световых лет от нас. Он состоит из некоей точечной массы в центре и равномерного диска, обращенного к земному наблюдателю. При этом примерно на границе в 460 световых лет от центра плотность объекта резко снижается, сходя на нет. Лучше всего под наблюдения подходит объект с массой в три миллиона солнечных и с радиусом ядра немногим более 30 световых лет.
Исследователи предполагают, что в центре изученного ими объекта лежит черная дыра или плотное звездное скопление. Правда, никакого излучения тут не видно, а черная дыра в гало из темной материи практически не сочетается с моделями что холодной, что теплой темной материи.
Авторы работы посчитали, что открытый ими объект не соответствует никаким известным астрофизическим системам. Они предложили обратиться к довольно экзотическому классу гипотез о природе темной материи — самовзаимодействующей. В них темная материя может взаимодействовать сама с собой достаточно, чтобы образовывать из себя же черные дыры в центрах темных гало. Авторы не упомянули, что самовзаимодействующая темная материя плохо (или никак) сочетается с происходящим в скоплении галактик Пуля, где никаких серьезных следов взаимодействия темной материи пока так и не удалось найти.
В то же время их тезис о том, что найденный объект не сочетается с любыми известными астрономическими или астрофизическими системами, не вполне верен. Если брать именно открытые наблюдениями системы — да, это первая. Однако, как уже неоднократно писал Naked Science, в конце 2010-х годов появились гипотезы о том, что темная материя состоит из темных шаровых скоплений реликтовых черных дыр массой в несколько солнц каждая. Такие скопления, по расчетам, должны иметь радиус около десятка световых лет и массу до миллиона солнечных. Эти цифры относительно близки к центральной области объекта, обсуждаемого в новой работе.
Если это так, перед нами одни из первых наблюдений темного шарового скопления. Что ценно, модель в которой темная материя состоит из темных шаровых скоплений не требует введения никаких частиц темной материи, поскольку она в этом сценарии вообще не состоит из частиц. Следовательно, исчезают и проблемы с отсутствием взаимодействия этих частиц между собой в скоплении галактик Пуля и ему подобных. Окончательно подтвердить (или опровергнуть) гипотезу темных шаровых скоплений смогут будущие наблюдения за гравитационными волнами, которые будут максимально чувствительны к слияниям черных дыр как раз тех масс, из которых должны состоять такие скопления.