Десятилетиями ученые опирались на модель «холодной темной материи», которая предполагает существование всего одного типа медленных, слабо взаимодействующих частиц. Однако по мере роста точности наблюдений обнаружились странности, которые эта простая по своей сути объясняет с трудом.
С одной стороны, в центральных областях некоторых карликовых галактик оказывается неожиданно мало темной материи — ее плотность там явно ниже, чем предсказывает стандартная модель. С другой — данные по сильному гравитационному линзированию указывают на очень плотные «комки» темной материи, которые как-бы перетягивают на себя свет далеких галактик, создавая дополнительные искажения изображений в объективах телескопов. Эти два типа наблюдений на первый взгляд полностью противоречат друг другу, но новая работа китайских физиков предлагает единое объяснение, которое полностью решает это противоречие.
Специалисты обсерватории Цзыцзиньшань (Пурпурной горы) Китайской академии наук предложили модель «двухкомпонентной самовзаимодействующей темной материи». Согласно такой модели темная материя состоит не из одного, а как минимум из двух видов частиц — более тяжелых и более легких. Они не только гравитационно притягиваются, но и могут сталкиваться друг с другом. В результате возникает процесс, называемый массовой сегрегацией.
Проще говоря, тяжелые частицы со временем «проседают» к центрам галактик, а легкие, наоборот, постепенно уходят во внешние области. Похожее поведение астрономы уже давно наблюдают в звездных скоплениях: самые массивные звезды смещаются внутрь, легкие — на периферию.
Китайские ученые объединили детальные теоретические расчеты и высокоточные компьютерные симуляции и показали, что массовая сегрегация естественным образом воспроизводит целый ряд наблюдаемых эффектов. В карликовых галактиках она формирует «плоские» ядра с относительно низкой центральной плотностью темной материи, что согласуется с данными по распределению галактик. В более массивных и сложных системах, напротив, часть гало становится очень компактной, образуя плотные структуры, способные вызывать сильное гравитационное линзирование.
Та же физика темной материи повышает вероятность мелкомасштабных линзирующих событий: когда тяжелые частицы накапливаются в ключевых областях, небольшие субструктуры темной материи эффективнее усиливают свет фоновых галактик. Это явление может объяснить, почему астрономы видят больше таких событий, чем ожидалось в рамках стандартной модели холодной темной материи.
Авторы работы считают, что подобные несоответствия могут быть естественными проявлениями одной и той же реальности: темная материя сложнее, чем предполагали астрономы, и, по-видимому, обладает некими внутренними свойствами и определенной структурой. Проверить это помогут будущие крупные обзоры неба и особенно точные измерения гравитационного линзирования, которые выступают в роли естественных «космических луп».
Новая работа — уже второе исследование этой группы, посвященное двухкомпонентной темной материи. Ранее ученые анализировали влияние массовой сегрегации на разнообразие плотностей темной материи в карликовых галактиках. Свежие результаты расчетов расширили эту картину и связали ее с гравитационным линзированием. Обсерватория Пурпурной горы — один из ведущих центров Китая по изучению темной материи; помимо прочего, она играет ключевую роль в проекте DAMPE (Wukong) по космическому поиску следов темной материи.
Ранее ученые нашли объяснение однородности Вселенной.
Источник: hi-tech.mail.ru