В поведении темной материи обнаружены следы "новой физики"

Орбитальная обсерватория "Хаббл" получила необычные фотографии крупных скоплений галактик, чьи обитатели "дрожат" при движении вокруг общего центра массы, что указывает на наличие неизвестных свойств в поведении темной материи, говорится в статье, опубликованной в журнале MNRAS. 

"Мы обнаружили, что самые яркие галактики в подобных скоплениях "дрожат", двигаясь вокруг той точки, где скопилась темная материя. Это означает, что плотность темной материи в центре скопления не является такой высокой, как предсказывают текущие теории, а заметно более низкой. Все это говорит о том, что в центральной части скоплений присутствует некая экзотическая форма темной материи", — заявил Дэвид Харви (David Harvey) из Федеральной политехнической школы в Лозанне (Швейцария).

Достаточно долгое время ученые считали, что Вселенная состоит из той материи, которую мы видим, и которая составляет основу всех звезд, черных дыр, туманностей, скоплений пыли и планет. Но первые наблюдения за скоростью движения звезд в близлежащих к нам галактиках показали, что светила на их окраинах движутся в них с невозможно высокой скоростью, которая была примерно в 10 раз выше, чем показывали расчеты на базе масс всех светил в них.

Причиной этого, как сегодня считают ученые, была так называемая темная материя – загадочная субстанция, на чью долю приходится примерно 75% от массы материи во Вселенной. Как правило, в каждой галактике примерно в 8-10 раз больше темной материи, чем ее видимой "кузины", и эта темная материя удерживает звезды на месте и не дает им "разбежаться".

Сегодня почти все ученые уверены в существовании темной материи, однако ее свойства, помимо ее очевидного гравитационного влияния на галактики и скопления галактик, остаются загадкой и предметом споров среди астрофизиков и космологов. Достаточно долго ученые предполагали, что она сложена из сверхтяжелых и "холодных" частиц-"вимпов", никак не проявляющих себя, кроме как притягивая видимые скопления материи.

Безуспешные поиски "вимпов" в последние два десятилетия заставили многих теоретиков считать, что темная материя на самом деле может быть "легкой и пушистой" и состоять из так называемых аксионов – сверхлегких частиц, похожих по массе и свойствам на нейтрино. Другие исследователи, в свою очередь, предполагают что темная материя может состоять из нескольких разных компонент, один или несколько которых могут постепенно распадаться.

Харви и его коллеги нашли первые следы существования подобных экзотических форм темной материи, наблюдая при помощи "Хаббла" за десятью крупнейшими скоплениями галактик в ближайших окрестностях Млечного Пути, чья масса превышает солнечную примерно в 100 триллионов раз.

Ученых интересовали две вещи – то, как были распределены галактики по скоплению в целом и то, как двигались самые яркие обитатели этих "звездных семей" при появлении в них новых членов. Для раскрытия этих свойств скоплений астрономы просчитали поведение их виртуальных аналогов при помощи суперкомпьютеров, а затем сравнили, насколько совпадали реальные фотографии и результаты симуляций.

Оказалось, что траектории движения всех крупных и ярких галактик в этих десяти скоплениях не совпадали с тем, что показывали теоретические расчеты – они постоянно "сбивались с пути" и "дрожали", вращаясь вокруг общего центра масс, а не двигались строго по прямой линии, как то предсказывала теория.

Подобное дрожание, как сейчас считают Харви и его коллеги, было связано с тем, что в центрах этих скоплений существует не одно, а несколько "ядер" из сверхплотных комков темной материи. Их существование не предсказывается классическими космологическими теориями, описывающими свойства этой загадочной субстанции, и если открытие "Хаббла" подтвердится, то тогда ученые впервые смогут говорить об открытии первых реальных следов "новой физики".