Между астрономами и физиками давно ведется спор о том, действительно ли во Вселенной существует таинственная темная материя - или это некоторые исключения из того, что мы понимаем под гравитацией. Ученые, анализирующие обзор неба KiDS, проверили его, используя наблюдения тысяч галактик.
Темная материя - это компонент Вселенной, который мы не наблюдаем напрямую. Мы предполагаем его существование на основании гравитационного взаимодействия с обычной (светящейся) материей. Присутствие темной материи было предложено для объяснения наблюдаемого вращения галактик и их движения в скоплениях - видимой материи недостаточно, чтобы объяснить эффекты этих из данных случаев. Модели показывают, что темной материи в несколько раз больше, чем обычной.
Новое исследование, проведенное группой ученых под руководством Марго Брауэр (Университет Гронингена и Амстердамский университет), решило проверить как гипотезу темной материи, так и различные теории гравитации. Статья с описанием результатов исследования опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics (DOI: 10.1051 / 0004-6361 / 202040108).
Избыточная гравитация
Исследователи использовали данные небесного обзора Kilo-Degree Survey (KiDS), проведенного с помощью телескопа VLT Survey Telescope (VST) Европейской южной обсерватории (ESO). Они измерили так называемую слабое гравитационное линзирование, то есть небольшое отклонение света галактики, вызванное гравитацией других галактик, находящихся ближе к нам. Галактики в области неба в 1000 квадратных градусов (2,5 процента небесной сферы) были выбраны для анализа путем изучения распределения силы тяжести примерно для одного миллиона галактик. Данные об проанализированных галактиках взяты из каталога, опубликованного независимо международной группой во главе с доктором Мацеем Билицким.
Для почти 260 000 галактик удалось измерить так называемое Отношение радиального ускорения (RAR). Оно описывает взаимосвязь между ожидаемой и наблюдаемой гравитацией (наблюдаемой на основе видимого вещества), из которой можно сделать выводы о том, насколько велика избыточная гравитация.
До сих пор эту избыточную гравитацию определяли только во внешних областях галактик, наблюдая за движением звезд и холодного газа. Используя эффект гравитационного линзирования, исследователи теперь могли вычислять Отношение радиального ускорения (RAR) в областях, в 100 раз более слабых, чем раньше, простирающихся далеко за пределы центров галактик.
Проверка теоретических моделей
Они протестировали четыре различные теоретические модели - две предполагающие существование темной материи и две с модифицированным законом всемирного тяготения (так называемая Модифицированная ньютоновская динамика или для краткости MOND). Оказалось, что симуляция под названием MICE (которая учитывает темную материю) лучше всего подходит для результатов, но другие варианты также остаются в игре.
В дальнейшем галактики из исследуемой выборки были разделены на молодые (синие спиральные галактики) и старые (красные эллиптические галактики). Они формируются по-разному, и относительное количество нормальной и темной материи в разных типах галактик может различаться. В свою очередь, альтернативные теории гравитации показывают, что это соотношение должно быть постоянным. Это дало возможность для дальнейшей проверки отдельных моделей.
В модифицированных теориях гравитации, таких как MOND, это соотношение всегда должно быть одинаковым независимо от типа галактики, поскольку единственным значимым параметром (определяющим RAR) в этих моделях является общая масса всей обычной (светящейся) материи, то есть звезд и газа. Напротив, в стандартной космологической модели красные галактики имеют относительно больше темной материи, чем синие, с той же общей массой обычной материи - то есть отношение темной материи к светящейся материи больше для красных галактик, чем для синих, - объясняет Билицки.
Наше исследование показывает, что отношение RAR для красных галактик иное, чем для синих. Это объяснило бы различия в измеренных отношениях RAR и исключило бы такие теории, как MOND или энтропийную гравитацию, - добавляет астроном.
Однако ученый говорит, что необходимы дальнейшие наблюдения, потому что может также возникнуть ситуация, когда красные галактики на самом деле имеют гораздо больше обычного вещества, чем мы думаем, если они окружены огромными облаками разреженного горячего газа. Такой вариант не исключил бы по крайней мере некоторых альтернативных теорий гравитации.
Источник: PHYS.ORG
