Считается, что темная материя составляет 85% материи во Вселенной, но ее природа не до конца понятна. В то время как обычная материя поглощает, отражает и излучает свет, темную материю нельзя увидеть напрямую. Это сильно затрудняет ее изучение.
Теория под названием «самодействующая темная материя» (SIDM) предполагает, что частицы этой загадочной субстанции взаимодействуют посредством темной силы, сильно сталкиваясь друг с другом вблизи центра галактики. В работе, опубликованной в The Astrophysical Journal Letters, исследовательская группа под руководством Хай-Бо Ю, профессора физики и астрономии Калифорнийского университета в Риверсайде, сообщает, что теория SIDM может объяснить сразу две астрофизические загадки. Обе связаны с гало.
«Гало было обнаружено во время наблюдения за гравитационным линзированием. Его плотность настолько высока, что это крайне маловероятно в преобладающей теории холодной темной материи (CDM)», — рассказывает эксперт о первой странности.
Вторая загадка заключается в том, что гало темной материи ультрадиффузных галактик имеют чрезвычайно низкую плотность. Это тоже трудно объяснить с помощью теории холодной темной материи.
Для справки: гало темной материи — ореол невидимой материи, который пронизывает и окружает галактику или их скопление. О гравитационном линзировании говорят, когда свет, распространяющийся по Вселенной от далеких галактик, огибает массивные объекты. Теория холодной темной материи, или CDM, предполагает, что частицы темной материи не имеют столкновений. Как следует из названия, ультрадиффузные галактики обладают чрезвычайно низкой светимостью, а распределение звезд и газа в них разбросано.
Чтобы показать, что теория SIDM может объяснить две астрофизические загадки, ученые впервые смоделировали формирование космической структуры с высоким разрешением с сильными самодействиями темной материи на соответствующих масштабах масс для линзирующего гало и ультрадиффузных галактик.
Оказалось, что самодействия приводят к передаче тепла в гало. Это меняет их плотность в центральных областях галактик. «Одни гало имеют более высокую центральную плотность, а другие — более низкую центральную плотность по сравнению с их аналогами из CDM, причем детали зависят от истории космической эволюции и окружающей среды отдельных гало», — заключает эксперт.
Ученые надеются, что их открытие поспособствует расширению исследований в многообещающей области изучения темной материи.
Ранее астрономы впервые взвесили гало темной материи древних галактик. Оно в 10 триллионов раз превышает массу Солнца.
