Рис. 1. Динамическое трение. На панелях изображены разреженные области Вселенной темным цветом и плотные области светлым цветом. Верхние панели показывают плотность вокруг галактики, если гравитация галактики искривляет (слева) или не искривляет (справа) траектории частиц темной материи. Нижняя панель показывает разницу между ними или то, как галактика влияет на распределение темной материи. Стрелки представляют ускорение, вызванное избыточной плотностью позади галактики, из которого вычитается трение в центре галактики. Поскольку в разных областях стрелки имеют разное направление и силу, приливные силы способны изменить форму галактики. 1 кредит
В новом исследовании, опубликованном в журнале Astronomy & Astrophysicals, ученые выяснили, как точно рассчитать силы, влияющие на галактики в приливных циклах. Следующий этап — найти галактики во Вселенной, достаточно однобокие, чтобы изучить скорость темной материи относительно галактик.
Итак, как можно измерить скорость темной материи? Обязательным условием является поиск во Вселенной галактики, которая движется относительно темной материи. Поскольку во Вселенной все находится в движении и темной материи очень много, найти такие галактики несложно.
Тяжелые объекты, такие как галактики, притягивают все типы материи, будь то темная материя или видимая материя, с которой мы сталкиваемся ежедневно. Когда темная материя движется мимо галактики, галактика начинает притягивать к себе частицы темной материи. Однако изменение направления скорости частиц требует времени. Прежде чем их траектория свернет в сторону галактики, они уже успеют пройти мимо галактики.
Таким образом, частицы темной материи не попадают в галактику, а движутся за галактикой (см. видео ниже). Поэтому за галактикой плотность материи увеличивается, и это приводит к замедлению галактики — явлению, называемому динамическим трением. Сила динамического трения, в свою очередь, зависит от того, насколько быстро частицы темной материи проходят мимо галактики, то есть как долго галактика успевает изменить траекторию движения частиц темной материи. Когда частицы движутся медленно, плотность материи увеличивается ближе к галактике, что приводит к еще большему ее замедлению.
На видео зеленая точка представляет галактику, а верхние панели показывают движение частиц темной материи мимо галактики (если галактика существует на соответствующей панели). Нижние панели показывают форму всех траекторий, демонстрируя, что гравитационное поле галактики влияет на частицы материи, создавая сверхплотность позади галактики. Избыточная плотность снова замедляет галактику и искажает ее форму.
Предположим, что галактика, вызывающая динамическое трение, не маленькая, а большая. В этом случае сверхплотность, стоящая за ней, порождает трение разной силы в разных точках галактики, как видно на рисунке 1. Разница в трении делает форму галактики более однобокой. На Земле мы испытываем такое же изменение формы, как и приливные циклы — приливы и отливы, вызванные гравитацией Луны.
Не имеет значения, насколько большими в конечном итоге окажутся частицы темной материи — их орбита по-прежнему изгибается позади галактики. Этот метод мог бы не дать точных результатов, если бы частицы были сравнимы по размеру с самими галактиками. Однако эти модели темной материи уже исключены.
Найти сами покосившиеся галактики несложно, ведь они составляют около 30% всех галактик в космическом пространстве. Конечно, многое зависит от того, как далеко смотреть во внешние части галактики и какой уровень однобокости считает галактику однобокой.
Кроме того, однобокая форма галактики может быть вызвана не только динамическим трением. Тому есть ряд других причин. Например, асимметричными могут быть галактики, образовавшиеся после столкновения нескольких галактик. Однако в этом случае мы сможем обнаружить где-то внутри галактики ядро другой галактики или более крупное звездное гало. Перекос Галактики также может быть вызван постоянным притоком газа. В таких ситуациях на восстановление формы галактики потребуется несколько миллиардов лет.
Таким образом, для измерения скоростей темной материи нам нужна однобокая галактика, максимально изолированная от других галактик. В этом случае более вероятно, что с ним ничего не произошло, кроме прохождения темной материи.
Космология — важный испытательный полигон теоретической физики. Расчет скорости темной материи может оказаться важным для тестирования новых моделей темной материи и снятия завесы тайны над природой темной материи.
Информация от: Эстонским исследовательским советом
