Темная материя и звезды взаимодействуют не так, как считалось ранее

Давний «заговор» астрономии, согласно которому звезды и темная материя взаимодействуют необъяснимым образом, был опровергнут международной группой астрономов в статье, опубликованной в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Авторы работы работают в Австралии, Великобритании, Австрии и Германии и использовали Очень большой телескоп в Чили.

Заговор возник, чтобы объяснить явление, которое озадачивало астрономов на протяжении четверти века. Оказалось, что плотность материи в разных галактиках уменьшается с одинаковой скоростью от их центра к внешним краям. Это вызвало недоумение, ведь галактики разнообразны, имеют разный возраст, форму, размер и количество звезд. Так почему же они должны иметь одинаковую структуру плотности?

«Эта однородность наводила на мысль, что темная материя и звезды должны как-то компенсировать друг друга, чтобы создавать такие регулярные структуры массы», — говорит доктор Каро Деркенне, первый автор статьи и исследователь ASTRO 3D из Университета Маккуори.

Как и во многих других заговорах, никто из исследователей не смог придумать механизм. Если темная материя и звезды могут взаимодействовать таким образом, то нам придется изменить наше представление о том, как формируются и развиваются галактики. Но до сих пор они не могли найти альтернативную причину, объясняющую то, что они видят.

Деркенне и ее коллеги обнаружили, что сходство в плотности может быть связано не с самими галактиками, а с тем, как астрономы их измеряли и моделировали.

С помощью Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории в Чили команда наблюдала 22 средневозрастные галактики (с учетом их огромного расстояния — около четырех миллиардов лет назад) в необычайных подробностях. Это позволило им создать более сложные модели, которые лучше передают разнообразие галактик во Вселенной.

«В прошлом люди строили простые модели, в которых было слишком много упрощений и допущений», — говорит Деркенн.

Галактики сложны, и мы должны моделировать их со свободой, иначе мы будем измерять неправильные вещи». Наши модели работали на суперкомпьютере OzStar в Университете Суинберна, затратив на это около 8000 часов рабочего времени».

Сейчас Деркенн применяет свои знания в области астрономии для работы со сложными данными для Государственной службы Австралии.

«Астрономия очень хорошо помогает разобраться в больших данных», — говорит она. «Реальный мир беспорядочен, и у нас не всегда есть все данные. Никто не может подсказать вам ответы, сказать, ошибаетесь вы или правы. Вам нужно накапливать данные и анализировать, пока не найдете то, что работает».

Проект использовал MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) на VLT для анализа галактик из обзора MAGPI (Middle Ages Galaxy Properties with Integral field spectroscopy). MUSE собирает кубы спектральных данных, в которых каждый пиксель представляет собой спектр.

«Проект MAGPI — отличный пример того, как учебные семинары и пространство для совместной работы в рамках ASTRO 3D используют стратегическое партнерство Австралии с Европейской южной обсерваторией», — говорит директор ASTRO 3D профессор Эмма Райан-Вебер.

«Сложные данные с Очень большого телескопа ESO не только позволили решить давнюю проблему в астрономии, но и дали молодым ученым, таким как доктор Каро Деркенне, платформу для начала карьеры в решении реальных проблем», — говорит она.

Соавторы работы — сотрудники Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR) в Западной Австралии, Даремского университета, Венского университета, Австралийского национального университета, Сиднейского университета Нового Южного Уэльса, Сиднейского университета, Университета Людвига-Максимилиана и Квинслендского университета.

Таким образом, выводы группы ученых не только опровергли давний миф о взаимодействии темной материи и звезд, но и продемонстрировали важность точных измерений и сложных моделей в астрономии. Они показали, что упрощенные подходы могут приводить к ложным выводам, и подчеркнули необходимость глубокого анализа данных для понимания структуры и динамики галактик.

Критически важным этапом работы стало использование технологии MUSE, которая позволила астрономам получить более детальные и многомерные спектры. Эти данные помогли создать более точные модели, учитывающие разнообразие галактик и их особенности, что является важным шагом вперед в астрономических исследованиях.

Теперь, когда загадка плотности материи в галактиках подвергнута пересмотру, исследователи могут сосредоточиться на изучении других аспектов формирования галактик и эволюции Вселенной. Это открывает новые горизонты для будущих исследований, которые могут изменить наше понимание о том, как устроен космос.

В конечном счете, работа Деркенне и ее коллег подчеркивает, что астрономия — это не только о звездах, но и о методах анализа данных, которые могут быть применены в различных областях науки и технологий.