Скопление «Пуля» долго считалось одним из главных доказательств существования темной материи. Теперь же ученые заявили, что часть загадочной «пропавшей» массы может оказаться вовсе не экзотической субстанцией, а обычным веществом, которое астрономы до сих пор недооценивали. Открытие не отменяет существование темной материи, но может изменить представления о том, какую роль она играет в формировании крупнейших структур Вселенной.
Скопление галактик «Пуля» (Bullet Cluster) сформировалось в результате столкновения двух крупных скоплений галактик. Наблюдения в рентгеновском диапазоне показали, что горячий газ — основная видимая масса системы — смещен относительно областей, где гравитационное линзирование указывает на наибольшую концентрацию массы. Именно это расхождение многие ученые называли почти прямым доказательством существования темной материи.
Чтобы проверить, верны ли предыдущие оценки массы обычного вещества, астрономы использовали теорию IGIMF (Integrated Galaxy-wide Initial Mass Function), разрабатываемую с 2002 года. Она описывает распределение масс звезд, формирующихся в галактиках, и позволяет оценивать вклад как ныне существующих светил, так и их компактных остатков — белых карликов, нейтронных звезд и черных дыр.
Именно этот «скрытый» запас обычного вещества может вносить куда больший вклад в массу скопления, чем считалось. На эту возможность указывают и высокие концентрации тяжелых элементов в галактиках и межгалактическом газе. Суть в том, что для качественного химического обогащения в прошлом должно было существовать много массивных звезд, а сегодня — присутствовать множество их компактных остатков.
Для проверки гипотезы международная исследовательская группа под руководством Дун Чжана (Dong Zhang) из Боннского университета (Германия) проанализировала данные космического телескопа «Джеймс Уэбб», каталог галактик скопления, распределение горячего газа и внутрикластерного света — слабого свечения звезд, не связанных с отдельными галактиками. Затем ученые пересчитали массу всей обычной материи в трех центральных областях скопления.
Сравнив результаты с оценками массы, необходимой для объяснения наблюдаемого гравитационного линзирования в рамках альтернативной гипотезы гравитации MOND, астрономы выяснили, что рассчитанная масса обычного вещества хорошо согласуется с массой, требуемой этой моделью.
Напомним, гипотеза MOND предполагает, что часть наблюдаемых эффектов, приписываемых темной материи, можно объяснить тем, что на очень больших космических масштабах гравитация ведет себя иначе, чем предсказывает классическая теория.
Во всех изученных областях значения, полученные из наблюдений линзирования, оказались между двумя вариантами расчетов IGIMF — более консервативным сценарием и сценарием с химическим обогащением галактик.
Это не означает, что темная материя опровергнута. Авторы отметили, что необходимо лучше понять распределение и динамику звездных остатков, а также уточнить химический состав галактик скопления. Кроме того, в рамках Стандартной космологической модели ΛCDM дополнительная невидимая масса по-прежнему требуется (для полного объяснения наблюдений). Полученные результаты при этом относятся именно к MOND.
Результаты научной работы, опубликованной в журнале Physical Review D, предложили по-новому взглянуть на знаменитое скопление «Пуля». В конечном итоге оно необязательно может быть однозначным доказательством существования темной материи, как считалось десятилетиями.