Кредит: Pixabay/CC0 Public Domain
Считается, что темная материя составляет 85% материи во Вселенной, но ее природа не до конца понятна. В то время как обычная материя поглощает, отражает и излучает свет, темную материю нельзя увидеть напрямую, что затрудняет ее обнаружение. Теория под названием «самодействующая темная материя» (SIDM) предполагает, что частицы темной материи взаимодействуют посредством темной силы, сильно сталкиваясь друг с другом вблизи центра галактики.
В работе, опубликованной в The Astrophysical Journal Letters, исследовательская группа под руководством Хай-Бо Ю, профессора физики и астрономии Калифорнийского университета в Риверсайде, сообщает, что SIDM одновременно может объяснить две астрофизические загадки в противоположных крайностях.
«Первый — это гало темной материи высокой плотности в массивной эллиптической галактике», — сказал Ю. «Гало было обнаружено посредством наблюдений сильного гравитационного линзирования, и его плотность настолько высока, что это крайне маловероятно в преобладающей теории холодной темной материи. Во-вторых, гало темной материи ультрадиффузных галактик имеют чрезвычайно низкую плотность, и они трудно объяснить с помощью теории холодной темной материи».
Гало темной материи — это ореол невидимой материи, который пронизывает и окружает галактику или скопление галактик. Гравитационное линзирование происходит, когда свет, распространяющийся по Вселенной от далеких галактик, огибает массивные объекты. Парадигма/теория холодной темной материи, или CDM, предполагает, что частицы темной материи не имеют столкновений. Как следует из названия, ультрадиффузные галактики имеют чрезвычайно низкую светимость, а распределение звезд и газа в них разбросано.
К Ю присоединились к исследованию Итан Надлер, научный сотрудник Обсерватории Карнеги и Университета Южной Калифорнии, и Даненг Янг, научный сотрудник UCR.
Чтобы показать, что SIDM может объяснить две астрофизические загадки, команда провела первое моделирование формирования космической структуры с высоким разрешением с сильными самодействиями темной материи на соответствующих масштабах масс для сильного линзирующего гало и ультрадиффузных галактик.
«Эти самодействия приводят к передаче тепла в гало, что меняет плотность гало в центральных областях галактик», — сказал Надлер. «Другими словами, некоторые гало имеют более высокую центральную плотность, а другие — более низкую центральную плотность по сравнению с их аналогами из CDM, причем детали зависят от истории космической эволюции и окружающей среды отдельных гало».
По мнению команды, эти две загадки представляют собой серьезную проблему для стандартной парадигмы CDM.
«CDM стоит задача объяснить эти загадки», — сказал Ян. «SIDM, возможно, является убедительным кандидатом для примирения двух противоположных крайностей. Других объяснений в литературе нет. Теперь существует интригующая возможность того, что темная материя может быть более сложной и яркой, чем мы ожидали».
Исследование также демонстрирует возможности исследования темной материи посредством астрофизических наблюдений с помощью компьютерного моделирования формирования космической структуры.
«Мы надеемся, что наша работа будет способствовать расширению исследований в этой многообещающей области исследований», — сказал Ю. «Это будет особенно своевременное событие, учитывая ожидаемый в ближайшем будущем приток данных от астрономических обсерваторий, включая космический телескоп Джеймса Уэбба и будущую обсерваторию Рубин».
Примерно с 2009 года работа Ю и его коллег помогла популяризировать SIDM в сообществах физики элементарных частиц и астрофизики.
Информация от: Калифорнийским университетом в Риверсайде.
