Группа ученых считает, что наличие галактик с перемычкой указывает на то, что традиционная космологическая модель и стандартная теория гравитации ошибочны. Несмотря на правильность некоторых из этих критических замечаний, предлагаемая модификация физических теорий также вызывает вопросы.
Новая работа в области симметрии фокусируется на том факте, что наблюдаемые типичные галактические структуры, кажется, противоречат присутствию темной материи в галактиках. Как полагают на этот счет авторы исследования, ее там нет, а наблюдаемые странности во вращении галактических дисков говорят о том, что мы плохо понимаем природу гравитации. В статье используется новый подход к показу некорректности стандартной космологической модели и вместо нее предлагается версия MOND — гипотеза модифицированной ньютоновской динамики, согласно которой закон всемирного тяготения просто не работает при малых ускорениях.
Около полувека назад астрономы получили надежные данные наблюдений о том, что диски галактики — и наш собственный — ведут себя ненормально. В Солнечной системе чем дальше планета от звезды, тем медленнее она следует по траектории вокруг нее. Судя по известным экзопланетным данным, это то же самое, что и в других планетных системах. Но в галактиках скорость вращения звезд на краях галактических дисков (относительно галактических центров) примерно такая же, как и в самом ядре. Отсюда вывод, что вокруг галактик есть какие-то невидимые — во всех диапазонах — объекты, которые своей гравитацией закручивают края этих дисков.
Наличие такой «темной материи» также упрощало понимание результатов наблюдения за неоднородностью Вселенной. Данные гравитационного линзирования также показали, что многие галактики имеют большую массу, и это следует из наблюдений за ними в оптическом или других масштабах.
Такая гипотеза «темной материи» была логичной, но требовала объяснения, что это такое. Физики десятилетиями предполагали, что это какие-то экзотические вимпы-частицы, обладающие массой, но не взаимодействующие с фотонами всех видов излучения. Проблема оказалась в том, что такие частицы не были обнаружены ни в одном эксперименте.
В 1983 году они предложили другой подход к решению проблемы — MOND, модифицированную ньютоновскую динамику. Согласно ей, на краях галактических дисков, где гравитационное воздействие материи ядра галактики ослабевает (из-за огромных удалений от него), изменяется закон всемирного тяготения — таким образом, что объекты в таких зонах могут двигаться вокруг центра галактик намного быстрее, чем позволяет стандартное представление о гравитации. Однако проблема с MOND заключалась в том, что он плохо объяснял динамику в скоплениях и сверхскоплениях галактик. Там было более вероятно, что есть еще какая-то невидимая материя — иначе трудно было объяснить движения больших скоплений галактик.
Авторы новой статьи предложили что-то вроде гибридного подхода с сильным уклоном в сторону MOND. По их мнению, логично предположить, что легкое стерильное нейтрино имеет массу. Такая гипотетическая разновидность нейтрино называется стерильной, которая не только очень слабо взаимодействует с веществом, как обычное нейтрино, но и вообще не взаимодействует с ним, кроме как под действием гравитации. На сегодняшний день показано, что если такие частицы и существуют, то их масса меньше сотен электрон-вольт. В результате они не могут дать Вселенной достаточно материи, чтобы «закрыть» всю потребность в темной материи.
Ученые пытались объяснить «немондианскую» динамику в скоплениях галактик тем, что стерильные нейтрино все же существуют, только их масса невелика — ниже сотен электрон-вольт — и влияет на положение вещей лишь в больших масштабах, ибо пример в кластерах. Но в масштабах галактик MOND тоже все хорошо предсказывает.
Исследователи пришли к выводу, что их версия обладает большей предсказательной силой, чем стандартная космологическая модель. Это говорит о том, что динамика краев диска в разных галактиках может различаться, так как эволюция той или иной галактики может быть разной. В результате количество темной материи в одном может быть меньше, чем в другом (о таких случаях Н.С. писал здесь).
С точки зрения авторов новой работы, тот факт, что MOND не нуждается в учете эволюции каждой галактики, говорит о его «большей предсказательной силе». В то же время для случаев, когда MOND не объясняет скорость движения краев галактик («галактики без темной материи», в рамках стандартной космологической теории), ученые предполагают некую «недостаточность данных».
Работа интересна тем, что поднимает действительно острые проблемы. Например, ее авторы правы, замечая, что спиральные галактики с перемычкой предполагают, что в самих галактических дисках темной материи практически нет. «Перемычка» в спиральной галактике — это область ярких звезд, которая исходит из галактического центра и пересекает галактику посередине. Она есть у двух третей спиральных галактик, включая наш Млечный Путь.
Бары вращаются, и если бы галактики были владельцами большого количества темной материи, это замедлило бы их со временем. Однако большинство спиральных галактик с перемычкой не замедляются. Это достаточно серьезный аргумент в пользу того, что в самой галактике темной материи нет.
Следует отметить, что ряд исследователей предлагают и другие способы, как решить проблему темной материи, не изменяя закон всемирного тяготения. Например, Николай Горький, опираясь на данные LIGO, предполагает наличие во Вселенной большого количества черных дыр средней массы. Он отмечает, что шаровые скопления таких объектов могут играть роль темной материи, не требуя ни модификации законов гравитации, ни введения каких-то экзотических и отнюдь не необнаруживаемых элементарных частиц, таких как вимпы или стерильные нейтрино.
Подписывайтесь на «Гродно 24» в Дзен Новости и на наш канал в Дзен