Тёмной материи нет: Астрофизики рассмотрели странную галактику и сделали невероятное открытие

По общепринятым представлениям, окружающая нас Вселенная выглядит примерно так: всё, что мы видим, то есть галактики, звёзды, планеты, межзвёздный газ и всё прочее, — это лишь жалкие 4% того, что есть в космическом пространстве в радиусе 13 миллиардов световых лет. Ещё процентов 20 — это как раз тёмная материя, то есть какое-то вещество, которое мы не видим, но ощущаем его мощное притяжение. Это означает, что оно массивно.

Остальные 70 с лишним процентов — это уже тёмная энергия, совсем другое нечто, оно находится в межгалактическом пространстве и обладает антигравитацией, то есть делает так, чтобы галактики друг от друга отталкивались и разлетались всё дальше. Об этом сейчас речь не идёт, мы обсуждаем тёмную МАТЕРИЮ.

Один из главных аргументов в пользу того, что она есть, такой: если взвесить, скажем, в нашей Галактике Млечный Путь — звёзды, планеты и вообще всё, то этого будет слишком мало для удержания фантастической спирали в целостности, то есть она, по идее, должна давно распасться на отдельные одинокие звёздные системы. Но этого не происходит. Значит, что-то её удерживает. И это что-то должно быть в несколько раз тяжелее всей видимой массы Млечного Пути. Поэтому астрофизики и предположили, что сверкающая галактическая спираль заключена в невидимое кольцо тёмной материи. Его назвали галактическим гало.

И вот загадочное наблюдение, которое — по крайней мере, до сих пор — считалось подтверждением существования этого гало. Закон притяжения (как мы его на сегодняшний день понимаем) требует, чтобы вблизи центра этого притяжения какое-то тело вращалось вокруг него очень быстро, а вдали — очень медленно. Чем дальше, тем медленнее. В Солнечной системе этот принцип работает великолепно, пожалуйста: Меркурий делает оборот вокруг нашей звезды за 88 земных дней, Плутон — за 248 лет.

Но дело в том, что в масштабах галактики это так не работает. Учёные подсчитали, с какой скоростью всё вращается в галактиках, и получили поразительную вещь: по мере удаления от центра ничего вовсе и не замедляется. Вот график, пунктиром обозначено, как должно быть (по идее), сплошная показывает, как есть.

Значит, думают учёные, ореол тёмной материи силой своей гравитации галактику разгоняет. Но на самом деле есть и другие версии.

Находится она в созвездии Рыб в 248 миллионах световых лет от нас и обозначена как AGC 114905. AGC (Abell Galaxy Cluster) — Каталог галактических скоплений Эйбелла (в честь американского астронома Джорджа Эйбелла), 114905 — просто порядковый номер. Галактика эта считается карликовой, но вовсе не из-за своих размеров, а из-за разреженности: на самом деле она в диаметре примерно такая же, как и наш Млечный Путь (сотня тысяч световых лет), но звёзд в ней в тысячу раз меньше. Кстати, сколько звёзд в нашей Галактике, точно никто не знает, по разным оценкам, от 100 до 400 миллиардов.

Так вот, из-за сравнительной "малонаселённости" AGC 114905 довольно тусклая. Такие в науке называют галактиками с низкой яркостью поверхности. И они астрофизиков очень интересуют как раз потому, что звёзд там маловато, возникает вопрос, как же там вообще всё распределено и на чём всё держится.

Унылые зелёные облака на фото — газообразный водород. И астрофизики несколько лет назад взялись посчитать, с какой же скоростью он там носится.

Но это, как выяснилось, очень хитрый вопрос. Оказывается, здесь всё зависит от того, под каким углом смотришь. То есть если смотреть "в анфас", то скорость именно такая, какая и наблюдается, а вот если вихрь наклонён, то вращение КАЖЕТСЯ быстрее.

Штука в том, что эту AGC 114905 мы видим не как круг, а как эллипс. И первоначально решили так: если она, как и положено, окружена тёмной материей, то благодаря невидимой массе в ней всё равномерно, она "в анфас" должна выглядеть как в общем-то идеальный диск. А раз мы видим её овальную, значит, она наклонена. Значит, вращается медленнее, чем кажется. И в итоге подсчитанная скорость этого вращения прямо-таки поставила учёных в тупик: они же изначально исходили из того, что там есть тёмная материя, а в итоге медлительность вращения показывает, что её там вовсе и нет, потому что с ней бы всё кружилось быстрее.

Поэтому решили всё пересчитать ещё раз, но уже по-другому. Допустили, что тёмной материи в этой галактике НЕТ. Без неё она уже не может быть ровненьким диском и должна быть немного вытянутой — как раз такой, какая она и есть на снимках. Получается, мы видим её, собственно говоря, "в анфас" или почти "в анфас". А тогда и скорость такая, как мы и наблюдаем, то есть большая. Большая скорость. Намного больше, чем должна быть в галактике без тёмной материи. Вот это да. Тёмной материи нет, а вращение неправдоподобно быстрое. Позвольте, а как же так? А вот так. Есть альтернативное объяснение.

MOND — это Modified Newtonian dynamics, "Модифицированная ньютоновская динамика". Эту теорию в 1983 году выдвинул израильский физик Мордехай Милгром, и она предлагает несколько скорректировать знаменитый Закон всемирного тяготения. Милгром подозревал, что ускорение тела под действием силы тяжести зависит не совсем от массы этого тела, а от массы и ещё некоторых величин, то есть всё на самом деле сложнее. Он составил соответствующие уравнения, и по ним как раз выходит, что на расстояниях галактических масштабов гравитация работает уже не так, как в пределах одной звёздной системы. То есть на краю галактики ничто уже не обязано замедляться так, как это делают планеты по мере своего "удаления" от Солнца. И тогда получается, что тёмная материя уже не нужна.

Самое интересное, что AGC 114905 — не единственный пример, где дела обстоят именно так. В 2019 году опубликовали исследование, в котором вместе с этой галактикой упоминаются ещё пять таких же ультрадиффузных, то есть "малозвёздных", в которых скорость вращения вполне объяснима распределением видимого вещества без всякого тёмного.