|
Темная материя может взаимодействовать
|
|
|
|
Вопреки тому, что установлено стандартной моделью, темная материя действительно может быть самовзаимодействующей. К такому выводу привело исследование, опубликованное в журнале Astronomy & Astrophysics и проведенное Риккардо Вальдарнини из группы астрофизики и космологии SISSA. Используя численное моделирование, исследователи проанализировали, что происходит внутри "Эль Гордо" (буквально "Толстого" в переводе с испанского), гигантского скопления, находящегося в семи миллиардах световых лет от нас. Расчеты показали, что в этом скоплении наблюдаемое физическое разделение между точками максимальной плотности Темной материи и точками других массовых компонентов может быть объяснено с помощью так называемой модели SIDM (Самовзаимодействующей темной материи), в отличие от стандартной. Это исследование вносит важный вклад в развитие модели SIDM, согласно которой частицы темной материи обмениваются энергией в результате столкновений, что приводит к интересным астрофизическим последствиям.
|
|
|
|
"Согласно принятой в настоящее время стандартной космологической модели, нынешняя плотность барионной материи во Вселенной может составлять только 10% от ее общего содержания вещества. Остальные 90% находятся в форме темной материи", - объясняет Вальдарнини, автор исследования. "Обычно считается, что это вещество небарионное и состоит из холодных бесстолкновительных частиц, которые реагируют только на гравитацию. Отсюда и название "Холодная темная материя" (CDM). Однако все еще существует ряд наблюдений, которые еще не были объяснены с помощью стандартной модели", - говорит исследователь. "Чтобы ответить на эти вопросы, несколько авторов предлагают альтернативную модель, называемую SIDM". Доказать коллизионные свойства темной материи и, в более общем плане, альтернативные теории стандартной космологической модели, очень сложно. Он объясняет: "Однако, за много световых лет от нас существуют уникальные лаборатории, которые могут оказаться очень полезными для этой цели. Это массивные скопления галактик, гигантские космические структуры, которые при столкновении определяют самые энергетические события со времен Большого взрыва.
|
|
|
"Эль Гордо, масса которого составляет около 1015 масс Солнца, является одним из крупнейших известных нам скоплений галактик. Из-за своих особенностей Эль Гордо был объектом многочисленных исследований, как теоретических, так и наблюдательных". Согласно стандартной парадигме, во время слияния скоплений поведение компонента массы сталкивающегося газа будет отличаться от поведения двух других компонентов — галактик и темной материи. В этом случае газ будет рассеивать часть своей первоначальной энергии. "Вот почему после столкновения пик плотности газовой массы будет отставать от пика плотности темной материи и галактик", - объясняет Вальдарнини. Однако в модели SIDM следует наблюдать особое явление, а именно физическое отделение центроидов темной материи — точек ее максимальной плотности — от центроидов других компонентов массы с особенностями, которые представляют собой истинную "сигнатуру моделей SIDM". Согласно наблюдениям, именно это и происходит внутри "Эль Гордо".
|
|
|
|
"Давайте начнем с наблюдений", - объясняет Вальдарнини. Эль Гордо состоит из двух массивных субскоплений, обозначенных соответственно как северо-западное (NW) и юго-восточное (SE). На рентгеновском снимке скопления "Эль Гордо" виден одиночный пик рентгеновского излучения в подкластере SE и два слабых хвоста, вытянутых за пределы рентгеновского пика. Примечательной особенностью является расположение пиков различных компонентов массы. В отличие от того, что можно увидеть в скоплении Bullet, еще одном важном примере сталкивающегося скопления, пик рентгеновского излучения предшествует пику темной материи SE. Более того, самая яркая галактика скопления (BCG) не только отстает от рентгеновского пика, но и, по-видимому, пространственно смещена от центра масс SE. Еще один примечательный аспект можно увидеть в Северо-западном скоплении, где пик плотности галактик пространственно смещен от соответствующего пика массы. Результаты исследований позволяют предположить, что явления, наблюдаемые в "Эль Гордо", объясняются столкновением темной материи
|
|
|
|
Чтобы объяснить свои выводы и подтвердить достоверность моделей SIDM, Вальдарнини использовал большой набор так называемых N-образных/гидродинамических симуляций. Таким образом, он провел систематическое исследование, направленное на воспроизведение особенностей наблюдения "Эль Гордо". "Наиболее важным результатом этого имитационного исследования является то, что относительные различия, наблюдаемые между центроидами различных масс скопления Эль Гордо, естественным образом объясняются тем, что темная материя является самовзаимодействующей", - утверждает Вальдарнини. "По этой причине эти результаты дают однозначное представление о поведении темной материи, которая проявляет коллизионные свойства при очень энергичном столкновении скоплений с высоким красным смещением. Однако существуют несоответствия, поскольку значения поперечного сечения SIDM, полученные в результате этого моделирования, превышают существующие верхние пределы, которые в масштабах кластера составляют порядка единицы.
|
|
|
|
"Это говорит о том, что существующие модели SIDM следует рассматривать лишь как приближение низкого порядка, и что лежащие в основе физические процессы, которые описывают взаимодействие темной материи при слияниях крупных скоплений, являются более сложными, чем может быть адекватно представлено общепринятым подходом, основанным на рассеянии частиц темной материи. "Это исследование убедительно доказывает возможность самовзаимодействия темной материи между сталкивающимися скоплениями в качестве альтернативы стандартной парадигме бесстолкновительной темной материи".
|
|
|
|
Источник
|
