Физики объяснили загадочный дефицит темной материи в галактиках

Согласно исследованию, проведенному физиком из Калифорнийского университета в Риверсайде, новая теория о природе темной материи помогает объяснить, почему пара галактик на расстоянии около 65 миллионов световых лет от Земли содержит очень мало загадочной материи.

Темная материя не светится и не может быть наблюдаема напрямую. Предполагается, что она составляет 85% материи Вселенной, но ее природа не совсем понятна. В отличие от обычного вещества, он не поглощает, не отражает и не испускает свет, что затрудняет обнаружение.

Преобладающая теория темной материи, известная как холодная темная материя, или CDM, предполагает, что частицы темной материи не имеют столкновений, за исключением гравитации. Более новая вторая теория, называемая самовзаимодействующей темной материей, или SIDM, предполагает, что частицы темной материи взаимодействуют между собой посредством новой темной силы. Обе теории объясняют, как возникает общая структура Вселенной, но они предсказывают различные распределения темной материи во внутренних областях галактики. SIDM предполагает, что частицы темной материи сильно сталкиваются друг с другом во внутреннем гало галактики, недалеко от ее центра.

Как правило, видимая галактика окружена невидимым ореолом темной материи - концентрированным сгустком материала в форме шара, который окружает галактику и удерживается вместе силами гравитации. Однако недавние наблюдения двух ультрадиффузных галактик, NGC 1052-DF2 и NGC 1052-DF4, показывают, что эта пара галактик содержит очень мало темной материи или вообще не содержит ее, что усложняет понимание физиками образования галактик. Астрофизические наблюдения показывают, что NGC 1052-DF2 и NGC 1052-DF4, вероятно, являются галактиками-спутниками NGC1052.

"Принято считать, что темная материя доминирует над общей массой галактики", - сказал Хай-Бо Ю, доцент физики и астрономии в UCR, который руководил исследованием. "Наблюдения за NGC 1052-DF2 и -DF4 показывают, однако, что отношение их темной материи к их звездным массам составляет около 1, что в 300 раз ниже, чем ожидалось. Чтобы устранить расхождение, мы посчитали, что гало DF2 и DF4 могут терять большую часть своей массы из-за приливных взаимодействий с массивной галактикой NGC 1052".

Используя сложное моделирование, команда под руководством UCR воспроизвела свойства NGC 1052-DF2 и NGC 1052-DF4 с помощью приливной зачистки - удаления материала галактическими приливными силами - с помощью NGC1052. Поскольку галактики-спутники не могут удерживать лишнюю массу с помощью собственных гравитационных сил, она фактически добавляется к массе NGC 1052.

Исследователи рассмотрели как сценарии CDM, так и SIDM. Их результаты, опубликованные в Physical Review Letters, показывают, что SIDM образует галактики с дефицитом темной материи, такие как NGC 1052-DF2 и -DF4, гораздо более благоприятно, чем CDM, поскольку потеря приливной массы внутреннего гало более значительна, а распределение звезд более распространяются в SIDM.

Ю объяснил, что приливная потеря массы может происходить как в гало CDM, так и в SIDM. В CDM структура внутреннего ореола является "жесткой" и устойчивой к приливным разрывам, что затрудняет для типичного ореола CDM потерю достаточной внутренней массы в приливном поле для размещения наблюдений NGC 1052-DF2 и -DF4. Напротив, в SIDM самовзаимодействие темной материи может выталкивать частицы темной материи из внутренних во внешние области, делая внутренний гало более "пушистым" и соответственно увеличивая приливную потерю массы. Далее звездное распределение становится более размытым.

"Типичный ореол CDM остается слишком массивным во внутренних регионах даже после приливной эволюции", - сказал Ю.

Затем команда проведет более всестороннее исследование системы NGC 1052 и изучит недавно открытые галактики с новыми свойствами, чтобы лучше понять природу темной материи.

Напомним, ранее сообщалось, что обнаружены необъяснимые гигантские галактики.

Источник