В каких галактиках бьется сердце темной материи

Слева core и hal (ниже) темной материи, расширяющиеся со временем (красным – 6,5 миллиарда лет назад, синим – настоящее время, Present).

Космологи утверждают, что за «разбегание» галактик после Большого взрыва, установленное американским астрономом Эдвином Хабблом, отвечает темная материя, физическая природа которой неясна. Тем не менее понятно, что галактики «пожилого» возраста, измеряемого миллиардами лет, находятся на максимальном удалении от Земли. Ядро (core), сферическую область галактик, образуют частицы темной материи, плотность которых убывает со временем. И это ведет к расширению галактического ядра. По крайней мере в этом уверены итальянские ученые из Триеста и их коллеги из Венского университета – авторы статьи «Наблюдаемые изменения профилей эволюционирующей темной материи» в журнале Astronomy & Astrophysics. Расширение «сердцевины» темной материи приводит к появлению окружающей области, гало (обода).

Авторы, исходя из результатов своих наблюдений, делают предположение, согласно которому пока еще неизвестные частицы темной материи непосредственно взаимодействуют частицами и фотонами обычной, или «ординарной» материи. Это дало им возможность выступить против превалирующей сегодня теории Лямбда – Холодная – Темная материя (LCDM – Lambda Cold Dark Matter). В LCDM утверждается, что на темную материю приходится до 84% космической массы, о чем астрономы судят по движениям звезд и межзвездного водорода.

Исследователи Интернациональной школы передовых исследований в Триесте (SISSA) начали с отслеживания движения звезд в 300 удаленных галактиках, имеющих гало темной материи. И оно оказалось тем больше, чем ближе галактика к нам по времени. Наиболее разительный контраст был выявлен для галактики, удаленной на 6,5 млрд световых лет от Земли. Это и позволило авторам говорить, что в самом начале распределение темной материи находилось в соответствии с LCDM, но со временем распределение более и менее плотных частиц темной материи менялось. Вывод – существование не только холодных, но и «теплых» (warm) частиц.

В 2019 году появилось сообщение о выявлении в глубинах космоса самых мощных гамма-источников, открытых благодаря мощному телескопу, сооруженному в горах Тибета на высоте 4300 м. Речь шла о наблюдениях телескопа Хаббл за известной туманностью Краба (Crab Nebula). Эта туманность возникла после взрыва сверхновой в 1054 году. Она знаменита также расположенным рядом с ней, ближайшим к Земле, пульсаром Geminga. Он открыт еще в 1975 году. Ученых поразила мощность гамма-излучателей в туманности, которая может достигать 450 тераэлектрон-вольт, ТэВ (4,5х1014; до того рекорд был в районе 75 ТэВ). «Тибетцы» насчитали в Крабовой туманности 24 излучателя мощностью свыше 100 Тэв.

Мюонный телескоп в горах Тибета.  Иллюстрации Physorg

Авторы статьи считают, что около 30% массивных галактик со звездными массами не менее 1011 солнечных содержат по крайней мере один безмассовый сателлит с массами 108–109 солнечных. «Утерю» темной массы можно сравнить с потерей массы звездой-компаньонкой, захваченной гравитационным полем черной дыры. Также и большие галактики с мощным «сердцем» темной материи отнимают ее у меньших по массе соседних галактик.

Остается только задаться вопросом, касающемся целей и задач подобного рода дорогостоящих исследований и необходимых для них инструментов. Сегодня мы знаем, что видимый нами свет – это лишь небольшое окошечко в широчайшем спектре электромагнитных колебаний, которые активно используются в самых разных областях. И может статься так, что со временем ученые перейдут от простого созерцания и наблюдения за темной материей, природу частиц которой еще предстоит раскрыть, к тому, чтобы начать использовать ее удивительные свойства. Некоторые из них космос использует для расширения своих границ, что невозможно без противодействия гравитационному стремлению к коллапсу Вселенной.