Тъмната материя е ненужна, според ново изследване

Едно от доказателствата в подкрепа на съществуването на тъмната материя е начинът, по който скоростта на звездите, газовите и прахови облаци в една галактика се променят с разстоянието им от центъра на галактиката, известен като крива на галактическото въртене.

Но статия на астрономите Стейси Макгоу (Stacy S. McGaugh), Федерико Лели (Federico Lelli) и Джим Шомбърт (Jim Schombert), публикувана в авторитетното списание Physical Review Letters, показа, че 

"Ускорението, наблюдавано в кривите на ротация плътно корелира с гравитационното ускорение, очаквано само от видимата маса".

което означава, че тъмната материя е напълно ненужна!

Това доста шокиращо заключение е на базата на данни от 153 спирални и неправилни галактики, събрани с помощта на инфрачервения орбитален телескоп Spitzer. Получените от космическата обсерватория SPARC данни (Spitzer Photometry and Accurate Rotation Curves - фотометрия и точни ротационни криви), дават възможност за проучвания на връзката между разпределението на "барионната (нормална, видима) материя в системите и формата на т.нар криви на въртене, графиката на скоростите на въртене на звездите във функция от тяхното разстояние от центъра на галактиката.

Загадката на скоростта на въртене на галактиките

В края на 1970 г., астрономите Вера Рубин (Vera Rubin) и Алберт Босма (Albert Bosma) независимо един от друг установиха, че спиралните галактики се въртят равномерно с почти еднаква скорост - скоростта на звездите и газовете в галактиката не намалява пропорционално с радиуса, както можеше да се очаква от законите на Нютон и разпределението на видимата материя, а остава приблизително постоянна.

^{Скоростта на движение на звездите не намалява по краищата на галактиките и това е типичната ситуация във Вселената. Според небесната механика скоростта на въртящите се звезди около центъра на галактиката трябва да намалява обратно пропорционално на разстоянието им до центъра (вляво горе). В реалните галактики скоростта остава почти постоянна. Това означава, че галактиката всъщност съдържа допълнително голяма маса невидимо вещество или "галактическо хало (ореол)" (вдясно).}

Орбиталната скорост на звездите в галактиката зависи от гравитационното притегляне на масите. Колкото по-силно звездата се привлича към галактическия център, толкова е по-голямо радиалното ускорение и толкова по-бързо трябва тя да се движи, за да преодолее това притегляне. Може да се вземе пример с планетите в нашата слънчева система. Меркурий е близо до Слънцето и следователно има голямо радиално ускорение спрямо Слънцето. Отдалеченият Плутон има малко радиално ускорение. Така Меркурий се движи около Слънцето с 48 км /сек., докато Плутон - с едва 5 км/сек. Според модела на тъмната материя, масата на галактиката не е концентрирана в центъра й. Повечето от видимата материя е там, но галактиката е заобиколена и от ореол от тъмна материя. 

Обикновено се смята, че причина за тези "плоски криви на ротация" е фактът, че повечето от масата на галактиката е тъмна материя и голямата част от нея е в ореола на галактиката, която осигурява допълнително гравитационно привличане.

Модифицираната Нютонова динамика

Има много други доказателства в подкрепа на тъмната материя, но съществуват също така и алтернативни модели като "Модифицирана Нютонова динамика" (Modified Newtonian dynamics - MOND).

През 80-те години е имало предположение, че гравитацията не е една и съща навсякъде, като е алтернатива на тъмната материя. Идеята, известна като MOND, бе изразена от Мордехай Милгром (Mordehai Milgrom) от Принстънския университет в Ню Джърси. Той открил, че галактиките се въртят почти перфектно в ситуации, в които гравитационното поле е относително слабо, но силата му престава да намалява в зависимост от квадрата на разстоянието и се изравнява. В такива среди във външните краища на галактиките гравитацията ще бъде по-силна от очакваното. През 2014 Хуншен Жао (Hongsheng Zhao) от Университета на Сейнт Андрюс показа, че такава малка промяна ще позволи на взаимодействието на Млечния път с Андромеда преди 7-11 милиарда години.

Макар, че в статията в Physical Review Letters не е спомената, Макгоу е привърженик на теорията MOND. Новото изследване на радиалното ускорение на звездите може да направи теорията MOND отново актуална.

Публикацията показва, че в инфрачервена светлина разпределението на материята дава по-добри, отколкото в оптична светлина стойности на разпределението, които напълно обясняват плоските криви на въртене. Тоест, тъмната материя е ненужна.

^{Данните на скоростите на въртене в 153 галактики. Корелацията между радиалното и гравитационното ускорения е доста силна. (McGaugh, et al.)}

И все пак, тъмната материя е нужна

Статията на McGaugh, Lelli и Schombert по никакъв начин не отхвърля съществуването на тъмна материя, нито потвърждава съществуването на MOND. Те разгледат разпределението на материята и плоските криви на ротация само до района, където се намира видимата (в оптичния и инфрачервения диапазон) барионна материя. Налице е силна корелация между разпределението на материята и плоските криви на ротация, така че изглежда, че тъмната материя всъщност не е необходима. Но е известно, че барионната материя е концентрирана в центъра на галактиката, а ореолът от тъмна материя се простира много по-далеч - видимите системи са много малки в сравнение с ореола.

И тук, извън сферата на барионната материя, тъмната материя остава необходима. 

MOND е трудно приемана хипотеза - идеята, че природата променя силата според обстоятелствата, е неприятна за по-голямата част от физиците. Нещо повече, MOND има проблеми с много големите маси. За галактичните купове тъмната материя все още е необходима, за да ги задържи заедно. Топлите и студени райони на микровълновия реликтов фон е трудно да се обяснят, без някаква форма на тъмна материя, съдействаща на обединението на обикновената материя в галактики.

"Играта между тъмната материя и MOND просто стана малко по-интересна" - коментира във Forbes професорът по астрофизика Брайън Кобелейн (Brian Koberlein).

Източници:

Acceleration relation found among spiral and irregular galaxies challenges current understanding of dark matter, Phys.org 

La correlación entre materia bariónica y las curvas de rotación galáctica, Francis Naukas

Rotating Galaxies Could Prove Dark Matter Wrong, Brian Koberlein, Forbes

Още по темата

25/05/2016

Космос

Учен твърди, че има връзка между първичните черни дупки и тъмната материя (видео)

20/05/2016

Космос

Тъмната енергия движи времето напред

30/04/2016

Космос

Тъмната енергия е константна в продължение на милиарди години

04/04/2016

Космос

Млечният път и Андромеда вече са се сблъсквали