>> << >>
Главная Выпуск 37 NewConcepts Chapters
1 New Concepts in Science*

Гипотеза о существовании темной материи возможно оказывается ненужной

Naked Science Journal
Июль 2022

Группа ученых считает, что наличие у галактик перемычек указывает на неправоту традиционной космологической модели и стандартной теории гравитации. Несмотря на корректность части этой критики, предлагаемая модификация физических теорий тоже вызывает вопросы.

Вопрос о том, что именно меняет поведение краев галактических дисков стоит в центре современной космологии и физики / ©Wikimedia Commons

Новая работа в Symmetry сосредотачивает внимание на том, что наблюдаемые типичные галактические структуры, кажется, несовместимы с наличием темной материи в галактиках. Как полагают в связи с этим авторы исследования, ее там и нет, а наблюдаемые странности во вращении галактических дисков указывают на то, что мы неправильно понимаем природу гравитации. Статья с новой стороны подходит к показу некорректности стандартной космологической модели, предлагая вместо нее разновидность МОНД — гипотезы модифицированной ньютоновской динамики, согласно которой закон всемирного тяготения просто не работает для малых ускорений.

 

Около полувека назад астрономы получили надежные наблюдательные данные о том, что диски галактики — и нашей тоже — ведут себя ненормально. В Солнечной системе чем дальше планета от светила, тем медленнее она следует по траектории вокруг него. Судя по известным данным об экзопланетах, так же дело обстоит в других планетных системах. А вот в галактиках вместо этого скорость вращения звезд в краях галактических дисков (относительно галактических центров) примерно та же, что у самого ядра. Из этого был сделан вывод, что есть какие-то невидимые — во всех диапазонах — объекты, окружающие галактики, которые своим тяготением раскручивают края этих дисков.

Ряд галактик ведет себя так, будто темной материи в них нет или почти нет. MOND не может этого объяснить, в отличие от стандартной космологической теории, списывающей разницу поведения на разную эволюцию таких галактик (их обдирание более массивными). Авторы новой работы предполагают, что по всем таким галактикам есть какие-то неточности наблюдения / ©Nature
Ряд галактик ведет себя так, будто темной материи в них нет или почти нет. MOND не может этого объяснить, в отличие от стандартной космологической теории, списывающей разницу поведения на разную эволюцию таких галактик (их обдирание более массивными). Авторы новой работы предполагают, что по всем таким галактикам есть какие-то неточности наблюдения / ©Nature

Наличие подобной «темной материи» упрощало и понимание результатов наблюдений за неоднородностью Вселенной. Данные гравитационного линзирования тоже указывали на то, что многие галактики имеют массу выше той, и это следует из наблюдений за ними в оптическом или любом другом диапазоне.

Такая гипотеза «темной материи» была логичной, но требовала объяснения, что же это такое. Десятки лет физики предполагали, что это некие экзотические частицы-вимпы, имеющие массу, но не взаимодействующие с фотонами всех видов излучения. Проблемой оказалось то, что подобные частицы ни в каких экспериментах не обнаруживались.

В 1983 году предложили иной подход к решению проблемы — MOND, модифицированная ньютоновская динамика. Согласно ей, на краях галактических дисков, где действие гравитации материи из ядра галактики ослабевает (в силу огромных удалений от него), закон всемирного тяготения изменяется — причем так, что объекты в таких зонах могут двигаться вокруг центра галактик намного быстрее, чем позволяет стандартное представление о гравитации. Проблемой MOND, однако, было то, что она плохо объясняла динамику в скоплениях и сверхскоплениях галактик. Там больше было похоже на то, что все же есть некая невидимая масса — иначе объяснить движения крупных скоплений галактик было сложно.

Авторы новой работы предложили что-то вроде гибридного подхода с сильным перевесом в сторону MOND. По их мнению, логично предположить, что легкое стерильное нейтрино имеет массу. Стерильным называют такую гипотетическую разновидность нейтрино, которое не просто очень слабо взаимодействует с веществом, как нейтрино обычное, а вообще с ним не взаимодействует, кроме как гравитационно. На сегодня показано, что если такие частицы и есть, то их масса ниже сотен электронвольт. Следовательно, они не могут дать Вселенной столько массы, чтобы «закрыть» всю потребность в темной материи.

Исследователи попытались объяснить «немондовскую» динамику в скоплениях галактик за счет того, что стерильные нейтрино все же есть, просто их масса мала — ниже сотен электронвольт — и влияет на положение дел лишь на больших масштабах, например в скоплениях. А вот на масштабах галактик все хорошо предсказывает и MOND.

Ученые делают вывод, что их вариант имеет больше предсказательной силы, чем стандартная космологическая модель. Последняя указывает, что динамика краев дисков в разных галактиках может быть разной, поскольку эволюция той или иной галактики способна различаться. В итоге и количество темной материи в одной может быть меньше, чем в другой (NS писал о таких случаях здесь).

С точки зрения авторов новой работы, то, что MOND не нуждается в учете эволюции каждой галактики, говорит о ее «большей предсказательной силе». При этом для случаев, когда MOND не объясняет скорость движения краев галактик («галактики без темной материи», в рамках стандартной космологической теории), исследователи предполагают некую «недостаточность данных».

NGC 1300, спиральная галактика с перемычкой (яркая продольная деталь в центре) / ©Wikimedia Commons
NGC 1300, спиральная галактика с перемычкой (яркая продольная деталь в центре) / ©Wikimedia Commons

Работа интересна тем, что поднимает действительно острые проблемы. Например, ее авторы правы, когда отмечают: спиральные галактики с перемычкой указывают на то, что в самих галактических дисках темной материи практически нет. Перемычкой («баром») в спиральной галактике называют область из ярких звезд, выходящую из галактического центра и пересекающей галактику посередине. Она есть у двух третей спиральных галактик, включая наш Млечный Путь.

Перемычки вращаются, и если бы галактики были обладателями большого количества темной материи, она замедляла их со временем. Однако у большинства спиральных галактик с перемычками замедления не происходит. Это достаточно серьезный аргумент в пользу того, что в самой галактике темной материи нет.

Следует отметить, что ряд исследователей предлагают другие пути решения проблемы темной материи — без модификации закона всемирного тяготения. Например, Николай Горькавый, опираясь на данные LIGO, указывает на наличие во Вселенной большого числа черных дыр средних масс. Он отмечает, что шаровые скопления из таких объектов могут играть роль темной материи, не требуя ни модификации гравитационных законов, ни введения неких экзотических и никакими способами не регистрируемых элементарных частиц типа вимпов или стерильных нейтрино.

 

https://naked-science.ru/article/astronomy/zakryt-temnuyu-materiyu

Читайте также:

Время обращения Солнца вокруг центра галактики в десять миллионов раз дольше, чем ближайшей к центру Млечного Пути звезды

if we were to measure time by this galactic "clock," Earth would be about 16 years old (in galactic, or cosmic years), the sun would have formed about 20 years ago, and the universe would be just about 60 years old. A galactic year is 220 million years. The year of the closest to the black home in the center of our Gallaxy, is ~ ten millions times shorter

New gravitational wave detection shows shape of ripples from black hole collision

Регистрацию гравитационных волн поставили на поток

черная дыра, пожирающая звезду, может быть недостающим звеном эволюции Вселенной

Команда астрономов обнаружила самые веские на сегодняшний день свидетельства существования класса черных дыр, до сих пор остававшихся неуловимыми. Этот класс черных дыр средней массы считается самым любопытным, поэтому ученые были так воодушевлены, когда одна из них выдала свое существование, начав пожирать звезду, которая оказалась слишком близко к ней.

Распад и рождение нейтрония

Аннотация   Разработан формализм для описания электрослабых субатомных процессов взаимодействия электрона атомной оболочки с протоном атомного ядра. На основе этого формализма показано, что экзоатом «нейтроний» представляет собой чрезвычайно узкий низколежащий резонанс в сечении упругого электрон-протонного рассеяния, обусловленный слабым взаимодействием, вызывающим переход начального состояния системы «электрон плюс протон» в квазисвязанную нейтрон-нейтринную пару. Из-за малой ширины и амплитуды этот резонанс невозможно обнаружить в прямом эксперименте по - рассеянию. Наличие третьей частицы при столкновении электрона с атомом водорода приводит к тому, что пропагатор атома водорода в возбужденном промежуточном состоянии входит в выражение для сечения рождения «нейтрония» под знаком интеграла. В результате ширина резонанса в сечении рождения нейтрония при столкновении электрона с атомом водорода на 14 порядков больше ширины аналогичного резонанса в упругом - рассеянии, и его свойства можно исследовать в эксперименте. Дана оценка времени жизни, энергии возбуждения и сечения рождения «нейтрония». Показано, что при низких энергиях время жизни нейтрония  на порядок больше времени жизни мюона. Указано на прямое влияние «неожиданного» состояния в спектре атома водорода на порядок заполнения электронных оболочек в атомах химических элементов. Показано, что нейтроний является простейшей из возможных моделей, которая, возможно, объясняет наличие симметрий в заполнении электронных оболочек атомов на плоскости главного n и орбитального l квантовых чисел в координатах (n,l) и (n+l , n-l) одновременно.    

Добавить комментарий

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
Войдите в систему используя свою учетную запись на сайте:
Email: Пароль:

напомнить пароль

Регистрация