Астрофизики давно заметили, что скорость вращения звезд в галактиках почти не падает с расстоянием — она остается примерно одинаковой даже далеко от центра. Чем дальше от центра находится светило, тем слабее притяжение и тем медленнее должны двигаться тела. 

Скорость объекта, который вращается вокруг центра, зависит от того, сколько массы находится внутри его орбиты. Чем меньше массы — тем слабее притяжение и тем медленнее должен двигаться объект.

Исследователи не смогли объяснить аномалию одной только видимой материей: ее недостаточно, чтобы вызвать этот эффект. Ученые пришли к выводу, что должна существовать дополнительная скрытая масса, влияющая на эти скорости.

Так родилась гипотеза о темной материи — невидимой субстанции, которая не испускает, не поглощает и не отражает свет. Ее нельзя увидеть в телескоп, но гипотетически можно обнаружить по косвенным признакам, а именно гравитационному влиянию на другие тела. По расчетам, на темную материю приходится примерно 25-27 процентов от всей плотности массы-энергии Вселенной. Она — своего рода невидимый каркас мироздания, на котором «держатся» звезды, галактики и их скопления.

Гипотетическая темная материя, вероятно, управляла первыми галактиками

Международная команда ученых пришла к выводу, что темная материя — гипотетическая форма материи, не участвующая в электромагнитном взаимодействии, составляла основу массы галактик уже спустя миллиард лет после Большого взрыва. Это открытие ставит под сомнение прежние гипотезы и открывает новую главу в изучении эволюции Вселенной.

Главным кандидатом на роль темной материи считаются слабовзаимодействующие массивные частицы вимпы (WIMPs). Эти частицы почти никак не контактируют с обычным веществом, проходя сквозь него как призраки сквозь стены. Уловить их невероятно сложно. Однако у этой гипотезы есть одно интересное следствие. Если две такие частицы все же столкнутся, они аннигилируют — превратятся в излучение. То есть результатом такого космического катаклизма станет вспышка высокоэнергетического гамма-излучения. Именно охоту за ними и ведут ученые.

В 2009 году космический телескоп Fermi, работающий в гамма-диапазоне, совершил важное открытие. Он зафиксировал в центре Млечного Пути избыток гамма-излучения. Поток оказался настолько плотным, что астрофизики выделили это явление в отдельную категорию — «избыток гамма-излучения галактического центра». Сразу же возник вопрос — что послужило его источником?

С тех пор в научном сообществе не утихают споры. Сформировались два противоборствующих лагеря. Первый винит во всем пульсары — сверхплотные нейтронные звезды, которые вращаются с огромными скоростями и испускают этот вид излучения, подобно космическим маякам. Согласно этой версии, в галактическом центре существует целая популяция таких объектов, которую пока не удалось разглядеть.

Статья по теме: 12 таинственных объектов и загадок Вселенной

Второй лагерь с самого начала связывал аномалию с темной материей. Ученые предположили, что в самом плотном регионе галактики частицы-призраки сталкиваются чаще всего, порождая то самое наблюдаемое гамма-излучение. Однако со временем эта версия стала терять поддержку.

Причин для скепсиса нашлось сразу две. Во-первых, многочисленные и сверхчувствительные эксперименты по прямому обнаружению вимпов не принесли результатов. Никаких следов частиц-призраков найти не удалось. 

Во-вторых, возникла проблема с формой. Гамма-излучение в центре галактики имеет сплющенную форму, а не сферическую. Если бы причиной избытка этого излучения были частицы темной материи, распределение энергии должно было бы быть симметричным.

Темная материя больше ни при чем. Озвучена новая теория, объясняющая природу гравитации

Голландский ученый Эрик Верлинде предложил новую теорию, которая объясняет движение звезд в Галактике без участия темной материи. Об этом сообщает Daily News. Сегодня ученые полагают, что гравитационные эффекты темной материи,...

Ситуация кардинально изменилась с появлением новых компьютерных симуляций. Недавно их в своей работе использовала международная группа астрофизиков под руководством Джозефа Силка (Joseph Silk) из Университета Джонса Хопкинса в США. Ученые подошли к вопросу с другой стороны. Они учли бурное прошлое нашей галактики, которое раньше часто игнорировали.

«Мы знаем, что миллиарды лет назад наша галактика пережила слияния с несколькими меньшими галактиками. Они принесли с собой свою темную материю. Этот хаотический процесс слияний и поглощений навсегда изменил гравитационный ландшафт центра Млечного Пути», — пояснил Силк.

Моделирование, которое включило эту сложную историю, дало значимый результат. Оказалось, что в таких условиях темная материя не образует идеальную сферу. Вместо этого она распределяется в виде несколько сплюснутой структуры. Эта форма, полученная в симуляциях, с поразительной точностью повторяет контуры загадочного избытка гамма-излучения, который много лет не поддавался объяснению. Таким образом, проблема с геометрическим противоречием частична снята. Гипотеза темной материи снова оказалась в центре внимания ученых.

Тем не менее, специалисты пока не готовы поставить точку. Пульсары по-прежнему остаются вполне вероятным источником аномального излучения. 

Физик предложил новую модель Вселенной без темной материи и темной энергии

Тысячи ученых уже десятки лет ломают голову над тем, из чего состоит Вселенная. По официальной версии, она на 95 процентов состоит из того, что никто никогда не видел. Это так называемые темная материя и темная энергия. Новый взгляд на природу космоса может изменить это представление.

Проблема в том, что существующие гамма-обсерватории не могут различить сигнатуры от пульсаров и от частиц темной материи. Нужен новый инструмент, способный измерить гамма-вспышки с большей точностью. Эту задачу возьмет на себя Массив черенковских телескопов — проект, который реализуется на Канарских островах и в Чили. Первые наблюдения запланированы на 2026 год.

Если гипотеза команды Силка подтвердится, это будет первый в истории случай, когда ученые напрямую обнаружат следы темной материи, формирующей основу всей Вселенной.

Научная работа опубликована в журнале Physical Review Letters.