Темная материя – дело все-таки «темное»

Назад к началам: Темная материя, за исключением гравитации, явно не имеет никакого другого взаимодействия во Вселенной или с самой собой. Новые наблюдения за галактическим скоплением Abell 3827 показали, что там темная материя совершенно не сместилась по отношению к четырем сталкивающимся галактикам. Если такая же ситуация будет наблюдаться и в других скоплениях галактик, это станет подтверждением того, что частицы темной материи не взаимодействуют даже с самими собой, в отличие от предыдущих гипотез.

Вид на центр галактического скопления Abell 3827 – здесь происходит столкновение сразу четырех галактик. Фото NASA/ESA/Richard Massey (Durham University)

Считается, что темная материя занимает четверть всего пространства Вселенной, но природа ее при этом до сих пор является для человечества загадкой. Ясно лишь то, что действие ее гравитации в значительной мере отразилось на структуре вселенной и на развитии галактик. Но вот из каких частиц состоит эта невидимая и не поддающаяся прямым методам измерений форма материи, науке неизвестно.

Взаимодействие с самой собой?

Споры вызывает и вопрос, взаимодействует ли темная материя с чем-то еще, кроме как с гравитацией. «Некоторые теории физики частиц темной материи предполагают наличие дополнительных сил, действующих между частицами темной материи», - объясняет Ричард Массей из Даремского университета. Правда, наиболее распространенная модель представления о темной материи, так называемая Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM), этого не допускает.

Три года назад Массей и его коллеги сделали удивительное открытие. Суть его состояла в том, что при столкновении четырех галактик в галактическом скоплении Abell 3827 темная материя по отношению к нормальной материи слегка сдвинулась, и это выглядело так, будто темную материю этих галактик что-то затормозило. Исходя из такого поведения, ученые предположили возможное взаимодействие темной материи с самой собой.

Новый взгляд на «коллизию четырех»

Но новые и более точные наблюдения, похоже, такое предположение отвергают – как минимум в скоплении Abell 3827. В этот раз Массей и его группа использовали для наблюдения удаленного от нас на 1,3 миллиона световых лет галактического скопления расположенный в Чили комплекс телескопов Atacama Large Millimetre Array (ALMA). Им удалось получить в инфракрасном свете более точную картину галактик, а также обусловленные гравитацией искажения света еще более удаленной галактики на заднем плане.

Новые данные ALMA (красный цвет) показывают распределение масс более точно, чем раньше. Иллюстрация NASA/ESA/ESO/ Richard Massey (Durham University)

«Такие искривления могут быть использованы для того, чтобы вычислить пространственное распределение масс нормальной и темной материи в скоплении и в его галактиках», - объясняют астрономы. Благодаря более высокому разрешению ALMA, новые снимки показывают позицию темной материи в этом кластере более ясно, чем результаты предыдущих наблюдений.

А сдвига то и нет!

Результат: вопреки выводам по результатам прошлых наблюдений, астрономам в этот раз не удалось обнаружить сдвига темной материи по отношению к материи обычной. Два анализа, проведенных с различными алгоритмами оценки, не выявили статистически значимого смещения, о чем и сообщили ученые. Зато теперь распределение материи точно соответствует образцу, который предусматривается моделью ΛCDM.

Моделирование галактического столкновения, при котором темная материя (синий цвет) в соответствии с моделью ΛCDM не взаимодействует с самой собой.

Как считают астрономы, это может означать то, что темная материя действительно взаимодействует исключительно с силой гравитации, хотя вывод этот не окончательный. Исследователи вполне допускают, что таинственные дополнительные силы в этом случае оказались слишком слабыми, чтобы очевидно проявиться в Abell 3827. Также нельзя исключать и того, что темная материя там все же сместилась, но именно по направлению к нам, по причине чего наши наблюдатели этого определить не могут.

Поиск продолжается

Для астрономов же такой результат означает, что им придется возвращаться в поисках природы темной материи к исходной точки. «Это огромное разочарование, но это наука: если мы получим более точные данные, то результаты и выводы могут измениться», - говорит Массей. - «А пока не найдено точки взаимодействия темной материи с остальной вселенной, нам будет очень сложно выяснить, из чего же она состоит».