|
Намёки на самовзаимодействующую темную материю
|
|
|
|
В семи миллиардах световых лет от Земли находится неожиданное скопление галактик. В нём есть две области, которые сталкиваются друг с другом, а их совокупная масса составляет более двух квадриллионов масс Солнца. Из-за своей массы это далёкое скопление получило прозвище Эль-Гордо, что в переводе с испанского означает «толстяк». Необычным его делает то, что для того периода развития Вселенной оно необычайно велико. Как могло образоваться такое большое сверхскопление так рано?
|
|
|
|
Эль-Гордо настолько удивителен, что некоторые астрономы считают его контрпримером к стандартной космологической модели. Трудно объяснить, как холодная тёмная материя в инфляционной Вселенной могла так быстро образовать большое сверхскопление. В новом исследовании рассматривается вопрос о том, как самовзаимодействующая тёмная материя могла бы объяснить это явление.
|
|
|
|
Тёмная материя составляет большую часть массы Вселенной. Она практически не взаимодействует со светом, отсюда и её название. Это также означает, что тёмная материя не взаимодействует с обычной материей, поскольку большинство взаимодействий материи имеют электромагнитную природу. Однако один из ключевых вопросов заключается в том, может ли тёмная материя сильно взаимодействовать сама с собой.
|
|
|
|
Наиболее распространенная точка зрения заключается в том, что темная материя не обладает самодействием. Это связано с тем, что наблюдения показывают, что темная материя в основном холодная, а это означает, что частицы темной материи не обладают большой кинетической энергией. Если бы частицы темной материи могли сталкиваться друг с другом, то они оставались бы теплыми, точно так же, как обычная материя может нагреваться при столкновении. Самодействующая темная материя (SIDM) могла бы создать раннее сверхскопление, подобное Эль Гордо, но при этом также образовалось бы много теплой темной материи.
|
|
|
|
|
|
|
Чтобы преодолеть эту проблему, в новом исследовании предлагается взаимодействие темной материи в двух состояниях. Обычная материя в основном взаимодействует посредством упругих столкновений. Например, молекулы воздуха в вашей комнате имеют тенденцию отскакивать друг от друга, не теряя при этом много энергии. Вот почему в вашей комнате может поддерживаться постоянная температура. Если бы столкновения были неупругими, теряющими энергию с каждым отскоком, то ваша комната быстро замерзла бы. Большинство моделей SIDM предполагают аналогичное упругое взаимодействие. Измените взаимодействие таким образом, и вы сможете ускорить образование галактических кластеров, не нагревая темную материю чрезмерно. Результаты этого подхода оказались неоднозначными. Статья опубликована в Astrophysical Journal.
|
|
|
|
Автор рассматривает модель темной материи, которая имеет основное и возбужденное состояния. Согласно этой модели с двумя состояниями, большинство взаимодействий будут упругими, как и в случае с обычной материей. Но при достаточной энергии столкновение может перевести частицу тёмной материи в возбуждённое состояние, тем самым забрав у неё кинетическую энергию. В таком случае частицы тёмной материи могут объединяться в скопления и одновременно охлаждаться.
|
|
|
|
Согласно результатам моделирования N-тел в сталкивающихся областях сверхскопления Эль-Гордо, модель с двумя состояниями и упругими и неупругими столкновениями лучше всего соответствует наблюдаемым данным. Она лучше согласуется с ними, чем модели с невзаимодействующими частицами и только с упругими столкновениями. Проблема в том, что точная масса сверхскопления Эль-Гордо и скорость, с которой сталкиваются две его области, до сих пор точно не определены. Если сверхскопление находится в нижней части этого диапазона, то модель с двумя состояниями не будет соответствовать данным. Так что это лишь возможное, а не единственно верное решение.
|
|
|
|
Пока мы не сможем напрямую наблюдать частицы тёмной материи, возможны самые разные варианты. Как показывает это исследование, тёмная материя может оказаться более сложной, чем мы думали.
|
|
|
|
Источник
|
