Современная космология базируется на нескольких допущениях, без которых это стройное здание просто разваливается. Одним из таких допущений является наличие инфляционного периода. Однако сегодня это положение подвергается достаточно серьёзной критике (см.: Ийас А., Лоеб А., Стейнхард П. «Была ли инфляция?» // В мире науки. 2017. № 4. С. 34–43). Вслед за инфляцией под огонь критики попало и второе допущение – это так называемая «тёмная материя». Астрономы с помощью наблюдений в инфракрасном диапазоне впервые показали, что кривые вращения галактик вполне можно объяснить без привлечения этой гипотетической сущности. Соответствующая статья опубликована в журнале Physical Review Letters.
В дисковой части спирали Млечного Пути, как и в других сходных галактиках, звёзды вращаются вокруг центра необычным образом. Если в Солнечной системе орбитальная скорость объекта уменьшается по мере увеличения расстояния от центра (как и должно быть в соответствии с механикой Ньютона), то в спиральных галактиках этого почему-то не происходит. Звёзды на периферии галактик вращаются вокруг их центров со слишком большой скоростью. Их скорость не уменьшается по мере удаления от центра галактики, чего быть не должно. Самое простое объяснение этой странности – то, что за пределами центра галактик находится так называемая тёмная материя, гравитация которой и придаёт дополнительную скорость звёздам на окраинах галактик.
Исследователи из Университета Case Western Reserve (США) использовали снимки космического ИК-телескопа «Спитцер», чтобы прояснить вопрос о том, как различается вращение галактик, имеющих много тёмной материи, и мало тёмной материи. Всего они исследовали 153 галактики как спиральной формы, типа нашей, так и неправильной формы. Некоторые из них были гигантскими, некоторые – карликовыми. Ряд этих галактик имел массивную центральную часть, другие почти вовсе её не имели.
Результаты исследования оказались весьма неожиданными. Кривая вращения галактики, описывающая, как меняется скорость вращения звёзд на её окраинах, полностью определялась распределением обычной, видимой материи в той или иной галактике. Причём это оказалось верным для всех типов изученных галактик. Повышенное содержание тёмной материи в той или иной галактике можно обнаружить по косвенным признакам. Однако независимо от того, богата ли та или иная изученная галактика тёмной материей или нет, на кривые её вращения это никакого влияния не оказывало.
Учёные предполагают, что результаты их исследования резко расходятся с предшествующими потому, что они использовали для оценки массы обычной материи снимки в ИК-диапазоне. Более ранние работы базировались на наблюдениях в видимом свете. Многие объекты в галактиках в видимом свете очень тусклые. Это могло привести к неверной оценке массы обычной материи в таких галактиках.
Кривые вращения галактик упрощённо можно представить на графике, где показана зависимость орбитальной скорости звёзд в галактике (ось ординат) от расстояния до её центра (ось абсцисс). Как отмечает не участвовавший в исследовании Дэвид Меррит (David Merritt) из Рочестерского технологического института (США), данные, полученные в новой работе, – это «серьёзный и, возможно, фатальный вызов гипотезе тёмной материи. Ничто в стандартной космологической модели [опирающейся на тёмную материю] этого не предсказывало, и почти невозможно представить себе, как эта модель может учесть новые данные без полного отказа от гипотезы тёмной материи».
Комментарий. Если выводы работы не будут опровергнуты, концепция тёмной материи действительно окажется в сложном положении. Учитывая, что на ней базируются общие представления о современной Вселенной и идущих в ней процессах, исследование способно оказать серьёзное влияние на современную космологию в целом.
Однако, тут надо учитывать, что данные о наличии и массе темной материи во Вселенной базируются не только на кривых вращения галактик (хотя первые свидетельства существования темной материи были получены именно из таких измерений). Сегодня наши представления о темной материи базируются также на данных о движении галактик в их скоплениях и сверхскоплениях; данных, полученных из изучения эффекта гравитационного линзирования и т. д. Но, в любом случае, описанный в этой статье результат говорит о несовершенстве наших представлений о Вселенной.
McGaugh S., Lelli F., Schombert J. Radial Acceleration Relation in Rotationally Supported Galaxies // Physical Review Letters. 2016. Vol. 117. № 20. Art. 201101. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.117.201101
Подробнее: Siegel E. Dark Matter Faces Its Biggest Challenge Of All. 2016. 29 Sep.: https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2016/10/26/dark-matter-rises-to-its-biggest-challenge-and-succeeds/#3a77c50773af