Основной метод, который Мистеле использовал в своих исследованиях, — гравитационное линзирование — явление, предсказанное общей теорией относительности Эйнштейна. В рамках своего исследования Мистеле построил так называемое соотношение Талли-Фишера, чтобы подчеркнуть эмпирическую связь между видимой массой галактики и скоростью ее вращения.
Сделав открытие, которое бросает вызов традиционным представлениям о космологии, ученые из Университета Кейс Вестерн Резерв обнаружили новые доказательства, которые могут изменить наше восприятие космоса.
Тобиас Мистеле, постдокторант кафедры астрономии Колледжа искусств и наук Кейс Вестерн Резерв, был первым, кто разработал революционную технику, которая использует гравитационное линзирование для проникновения в загадочное царство темной материи. Он обнаружил, что кривые вращения галактик остаются плоскими на протяжении миллионов световых лет, и конца этому не видно.
Работа опубликована на сервере препринтов arXiv.
До сих пор ученые предполагали, что кривые вращения галактик должны уменьшаться по мере того, как вы смотрите в космос.
Поведение звезд в галактиках всегда озадачивало астрономов. Согласно ньютоновской гравитации, звезды на внешних краях должны двигаться медленнее из-за более низкого гравитационного притяжения. Однако этого не наблюдалось, что привело к выводу, что это темная материя. Но гало темной материи также должны в какой-то момент закончиться, поэтому кривые вращения не должны оставаться плоскими бесконечно.
Анализ Мистеле опровергает это ожидание и приводит к поразительному открытию: влияние так называемой темной материи простирается далеко за пределы предыдущих оценок, простираясь как минимум на миллион световых лет от центра галактики.
Такой эффект на большом расстоянии может указывать на то, что темная материя – в том виде, в каком мы ее понимаем – может вообще не существовать.
«Это открытие бросает вызов существующим моделям», — сказал он. «Это предполагает, что либо существуют чрезвычайно обширные гало темной материи, либо нам необходимо фундаментально переосмыслить наше понимание теории гравитации».
Стейси Макгоф, профессор и заведующая кафедрой астрономии Колледжа искусств и наук, сказала, что результаты Мистеле, которые будут опубликованы в Astrophysical Journal Letters, выходят за традиционные границы.
«Значение этого открытия огромно», — сказал Макгоф. «Это не только может переопределить наше понимание темной материи, но также побуждает нас исследовать альтернативные теории гравитации и, таким образом, подвергать сомнению саму структуру современной астрофизики».
Теория Эйнштейна перевернулась с ног на голову
Основной метод, который Мистеле использовал в своих исследованиях, — гравитационное линзирование — явление, предсказанное общей теорией относительности Эйнштейна. По сути, это происходит, когда массивный объект, такой как скопление галактик или даже одна массивная звезда, искривляет путь света, исходящего от удаленного источника. Это искривление света происходит потому, что масса объекта искажает ткань пространства-времени вокруг него. Это искривление света галактиками сохраняется в гораздо больших масштабах, чем ожидалось.
В рамках своего исследования Мистеле построил так называемое соотношение Талли-Фишера, чтобы подчеркнуть эмпирическую связь между видимой массой галактики и скоростью ее вращения.
«Мы знали, что эта связь существует», — сказал Мистеле. «Но было неясно, сохранится ли эта связь с течением времени. Как долго длится такое поведение? Вот в чем вопрос, потому что это не может длиться вечно».
Мистеле сказал, что его открытие подчеркивает необходимость дальнейших исследований и сотрудничества внутри научного сообщества, а также возможного анализа других данных.
Макгоф отметил титанические – но пока безуспешные – усилия международного сообщества физики элементарных частиц по обнаружению и идентификации частиц темной материи.
«Либо ореолы темной материи намного больше, чем ожидалось, либо вся парадигма ошибочна», — сказал Макгоф.
«Теория, заранее предсказавшая такое поведение, — это модифицированная теория гравитации MOND, которую Моти Милгром выдвинул в 1983 году в качестве альтернативы темной материи. Таким образом, очевидная и неизбежно противоречивая интерпретация этого результата состоит в том, что темная материя — это химера; возможно, Факты указывают путь «к новой теории гравитации, которая выходит за рамки того, чему нас учил Эйнштейн».
Информация от: Университетом Кейс Вестерн Резерв.
