Тъмната материя е една от най-големите загадки на астрофизиката и космологията. Смята се, че тя представлява 90% от материята във Вселената, но наличието й се проявява само косвено и неведнъж е поставяно под въпрос.
Нови изследвания премахват последните съмнения относно съществуването на тъмна материя в галактиките, опровергавайки емпирично алтернативните теории.
Изследването, публикувано в Astrophysical Journal, на Международната школа за авангардни изследвания SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati) в Триест, Италия, предлага и нови прозрения за природата на тъмната материя и нейната връзка с обикновената материя.
От разширяването на Вселената до движението на звездите в галактиките има много явления, които не могат да бъдат обяснени само с наличието на обикновената за нас барионна материя. Силата на привличане, генерирана от "обикновената" материя е недостатъчна, за да обясни наблюдаваните гравитационни ефекти. Това доведе до теорията за съществуването на неоткриваемата тъмна материя и идеята, че галактиките са обградени от сферичен ореол тъмна материя.
"Преди три години няколко колеги от Университета Case Western Reserve поставиха под въпрос нашето разбиране за Вселената и задълбочената работа на много изследователи, поставяйки под съмнение съществуването на тъмна материя в галактиките", обяснява Киара Ди Паоло (Chiara Di Paolo), астрофизик в SISSA.
Изследователите анализират кривите на 153 галактики, главно „класическия“ тип спирала и получават емпирична връзка между общото гравитационно ускорение на наблюдаемите звезди и компонента, който би се наблюдавал при наличието само на обикновена материя от класическата Нютонова теория.
Тази емпирична зависимост, която изглежда е валидна във всички анализирани галактики и при различни галактически радиуси, подкрепя обяснението за гравитационното ускорение, без непременно да поставя под въпрос тъмната материя, но включва например теории за променливата гравитация като Модифицираната нютонова динамика (MOND).
Ди Паоло и нейните сътрудници си поставят за задача да проверят тази връзка, анализирайки ротационните криви на галактиките, различни от класическия спирален вид - 72 галактики с ниска повърхностна яркост (LSB) и 34 дискови галактики-джуджета. Така изследователите получиха по-разширени резултати, намирайки зависимост, която освен пълното гравитационно ускорение и компонента от обикновената материя, включва и галактическия радиус и морфологията на галактиките.
"Изследвахме връзката между общото ускорение и компонента от обикновената материя в 106 галактики и получихме различни резултати от наблюдаваните преди това", обяснява Паоло Салучи (Paolo Salucci), професор по астрофизика в SISSA и един от авторите на изследването. "Нашата работа не само демонстрира неточността на описаното преди емпирично отношение, но и премахва съмненията за съществуването на тъмна материя в галактиките. Освен това откритата нова връзка може да предостави важна информация за разбирането на природата на този неопределен компонент."
Източник: Dark matter exists: Observations disprove alternate explanations, phys.org
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, излиза че 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:
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
Космос
Константата на Хъбъл за ранната и сегашната Вселена наистина е различна. Въпросът е защо (видео)
Физика
Когато се включи Големият адронен колайдер, той може да улови тъмната материя
Физика
Когато се включи Големият адронен колайдер, той може да улови тъмната материя
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари