Вращение галактик поставило под вопрос существование тёмной материи

Астрономы с помощью наблюдений в инфракрасном диапазоне впервые показали, что кривые вращения галактик вполне можно объяснить без привлечения гипотезы тёмной материи. Соответствующая статья направлена на публикацию в журнале Physical Review Letters, а с её препринтом можно ознакомиться на сайте Корнельского университета.

В дисковой части спирали Млечного пути, как и в других сходных галактиках, звёзды вращаются вокруг центра необычным образом. Если в Солнечной системе орбитальная скорость объекта на определённом расстоянии от центра уменьшается (как и должно быть в соответствии с механикой Ньютона), то в частях других галактик этого почему-то не происходит. Звёзды на периферии галактик вращаются вокруг их центров со слишком большой скоростью. Чем дальше от центра, тем их скорость выше, чего быть не должно. Самое простое объяснение этой странности — то, что за пределами центра галактик лежит так называемая тёмная материя, гравитация которой и придаёт дополнительную скорость звёздам на окраинах галактик.

Исследователи из Университета Case Western Reserve (США) использовали снимки космического ИК-телескопа "Спитцер", чтобы прояснить вопрос о том, как различается вращение галактик, имеющих много тёмной материи и мало тёмной материи. Всего они исследовали 153 галактики как спиральной формы, типа нашей, так и неправильной формы. Некоторые из них были гигантскими, некоторые — карликовыми. Ряд этих галактик имел массивную центральную часть, другие почти вовсе не имели её.

Результаты исследования оказались весьма неожиданными. Кривая вращения галактики, описывающая, как меняется скорость вращения звёзд на её окраинах, полностью определялась распределением обычной, видимой материи в той или иной галактике. Причём это оказалось верным для всех типов изученных галактик. Повышенное содержание тёмной материи в той или иной галактике можно обнаружить по косвенным признакам. Однако в независимости от того, богата ли та или иная изученная галактика тёмной материей или нет, на кривые её вращения это никакого влияния не оказывало.

Учёные предполагают, что результаты их исследования резко расходятся с предшествующими потому, что они использовали для оценки массы обычной материи снимки в ИК-диапазоне. Более ранние работы базировались на наблюдениях в видимом свете. Многие объекты в галактиках в видимом свете очень тусклые. Это могло привести к неверной оценке массы обычной материи в таких галактиках.

Кривые вращения галактик упрощённо можно представить на графике, где показана зависимость орбитальной скорости звёзд в галактике (ось ординат) от расстояния до её центра (ось абсцисс). Как отмечает не участвовавший в исследовании Дэвид Меррпит (David Merritt) из Рочестерского технологического института (США), данные, полученные в новой работе, — это "серьёзный и, возможно, фатальный вызов гипотезе тёмной материи. Ничто в стандартной космологической модели [опирающейся на тёмную материю] этого не предсказывало, и почти невозможно представить себе, как эта модель может учесть новооткрытые факты без полного отказа от гипотезы тёмной материи".

Если выводы работы не будут опровергнуты, концепция тёмной материи действительно окажется в сложном положении. Учитывая, что на ней базируются общие представления о современной Вселенной и идущих в ней процессах, исследование способно оказать серьёзное влияние на современную космологию в целом.