Физици призовават да се "закрие" тъмната материя

Нова работа в Symmetry се фокусира върху това, че наблюдаваните типични галактични структури изглеждат несъвместими с наличието на тъмна материя в галактиките. Както смятат във връзка с това авторите на изследването, нея я няма там и наблюдаваните странности във въртенето на галактичните дискове показват, че не разбираме правилно природата на гравитацията. Статията подхожда от нова страна към показване на некоректността на стандартния космологичен модел, предлагайки вместо това версия на MOND - хипотеза на Модифицираната Нютонова динамика, според която законът за всеобщото привличане просто не работи за малки ускорения.

Преди около половин век астрономите получиха надеждни наблюдателни доказателства, че дисковете на галактиките - и на нашата също - се държат необичайно. В Слънчевата система, колкото по-далече е планетата от звездата, толкова по-бавно тя следва траекторията около нея. Съдейки по известните данни за екзопланетите, същото е положението и в други планетарни системи.

Но в галактиките скоростта на въртене на звездите по краищата на галактическите дискове (спрямо галактическите центрове) е приблизително същата като в самото ядро. От това е направен извод, че около галактиките има невидими - във всички диапазони - обекти, които със своята гравитация въртят краищата на тези дискове.

Наличието на подобна "тъмна материя" опростявало и разбирането на резултатите от наблюденията на нееднородността на Вселената. Данните от гравитационното линзиране също показвали, че много галактики имат по-голяма маса и това следва от наблюденията им в оптичния или друг диапазон.

Подобна хипотеза за "тъмната материя" била логична, но изисквала обяснение какво представлява. В продължение на десетилетия физиците предполагаха, че това са някакви екзотични WIMP частици, които имат маса, но не взаимодействат с фотоните от всички видове лъчение. Проблемът бил това, че подобни частици не са открити в нито един експеримент.

През 1983 г. е предложен различен подход за решаване на проблема - MOND, Модифицирана Нютонова динамика. Според нея на краищата на галактичните дискове, където действието на гравитацията на материята от галактичното ядро отслабва (поради огромната отдалеченост от него), законът за всеобщото привличане се променя - и то по такъв начин, че обектите в такива зони могат се движат около центъра на галактиките много по-бързо, отколкото позволява стандартната представа за гравитацията. Проблемът с MOND обаче беше това, че не обясняваше добре динамиката в куповете и свръхкуповете галактики. Там по-скоро изглеждало, че има някаква невидима маса - иначе било трудно да се обяснят движенията на големи галактични купове.

Авторите на новата работа са предложили нещо като хибриден подход със силно пристрастие към MOND. Според тях е логично да се предположи, че лекото стерилно неутрино има маса. Стерилна се нарича такава хипотетична разновидност на неутриното, което не само взаимодейства много слабо с материята, като обикновеното неутрино, а изобщо не взаимодейства с нея - освен гравитационно. Към днешна дата е установено, че ако такива частици съществуват, то тяхната маса е изключително малка. Следователно те не могат да дадат на Вселената толкова маса, че да "закрие" цялата потребност от тъмна материя.

Изследователите са се опитали да обяснят новата динамика в галактични купове поради това, че все пак съществуват стерилни неутрино, просто тяхната маса е малка и влияе върху положението на нещата само в големи мащаби, например купове. Но в мащаба на галактиките MOND също предсказва добре всичко.

Учените заключават, че тяхната версия има по-голяма предсказваща сила от стандартния космологичен модел. Последното показва, че динамиката на ръбовете на дисковете в различните галактики може да бъде различна, тъй като еволюцията на една или друга галактика може да бъде различна. В резултат на това количеството тъмна материя в единия може да е по-малко, отколкото в другия (NS писа за такива случаи тук).

Учените правят извод, че тяхната версия има по-голяма предсказваща сила от стандартния космологичен модел. Последният сочи, че динамиката на краищата на дисковете в различните галактики може да бъде различна, тъй като еволюцията на една или друга галактика може да бъде различна. В резултат количеството тъмна материя в една може да е по-малко, отколкото в друга.

От гледна точка на авторите на новата работа, това, че MOND няма нужда да отчита еволюцията на всяка галактика, говори за нейната „по-голяма предсказваща сила“. При това за случаите, когато MOND не обяснява скоростта на движение на краищата на галактиките („галактики без тъмна материя“ в рамките на стандартната космологична теория), изследователите предполагат известна „недостатъчност на данните“.

Работата е интересна с това, че повдига наистина остри проблеми. Например авторите ѝ са прави, когато отбелязват, че спиралните галактики с прегради показват, че в самите галактически дискове практически няма тъмна материя. Преграда (бар) в спирална галактика е област от ярки звезди, която излиза от галактическия център и пресича галактиката по средата. Тя присъства в две трети от спиралните галактики, включително в нашия Млечен път.

Преградите се въртят и ако галактиките са били притежатели на голямо количество тъмна материя, тя би ги забавила с времето. При повечето спирални галактики с прегради обаче няма забавяне. Това е доста сериозен аргумент в полза на това, че в самата галактика няма тъмна материя.

ВИЖТЕ ОЩЕ: Български учени видяха бъдещето на Слънчевата система