Исследования показывают, что кривые вращения галактик остаются плоскими бесконечно долго

Ученые из Западного резервного университета Кейса (Case Western Reserve University) обнаружили новые данные, которые могут изменить наше представление о космосе.

Тобиас Мистеле, аспирант кафедры астрономии Колледжа искусств и наук Кейс Вестерн Резерв, стал первопроходцем в революционной технике, использующей «гравитационное линзирование» для проникновения в таинственное царство темной материи. Он обнаружил, что кривые вращения галактик остаются плоскими на протяжении миллионов световых лет, и конца этому не видно.

Работа была опубликована на сервере препринтов arXiv.

Ранее ученые считали, что кривые вращения галактик должны уменьшаться по мере того, как вы заглядываете все дальше в космос.

Традиционно поведение звезд внутри галактик озадачивало астрономов. Согласно ньютоновской гравитации, звезды на внешних краях должны двигаться медленнее из-за уменьшения гравитационного притяжения. Этого не наблюдалось, что привело к выводу о существовании темной материи. Но даже гало из темной материи должно заканчиваться, поэтому кривые вращения не должны оставаться плоскими бесконечно.

Анализ Мистела опровергает эти ожидания и приводит к поразительному открытию: влияние того, что мы называем темной материей, выходит далеко за рамки прежних оценок, простираясь по меньшей мере на миллион световых лет от галактического центра.

Такой дальнодействующий эффект может указывать на то, что темная материя — в том виде, в котором мы ее понимаем, — может вообще не существовать.

«Это открытие бросает вызов существующим моделям, — сказал он, — и позволяет предположить, что либо существуют чрезвычайно обширные ореолы темной материи, либо нам необходимо в корне пересмотреть наше понимание теории гравитации».

Стейси Макгоф, профессор и директор отделения астрономии в Колледже искусств и наук, говорит, что выводы Мистела, которые планируется опубликовать в The Astrophysical Journal Letters, расширяют традиционные границы.

«Последствия этого открытия очень глубоки», — сказал Макгоф. «Оно не только может переосмыслить наше понимание темной материи, но и подтолкнет нас к изучению альтернативных теорий гравитации, бросая вызов самой структуре современной астрофизики».

Переворачивая теорию Эйнштейна с ног на голову.

Основной метод, который Мистел использовал в своем исследовании, — гравитационное линзирование — явление, предсказанное общей теорией относительности Эйнштейна. По сути, оно возникает, когда массивный объект, например скопление галактик или даже одиночная массивная звезда, искривляет путь света, идущего от удаленного источника. Искривление света происходит из-за того, что масса объекта искажает ткань пространства-времени вокруг него. Искривление света галактиками сохраняется в гораздо больших масштабах, чем ожидалось.

В рамках исследования Мистел построил график так называемой зависимости Талли-Фишера, чтобы подчеркнуть эмпирическую связь между видимой массой галактики и скоростью ее вращения.

«Мы знали, что эти отношения существуют», — говорит Мистел. «Но не было очевидно, что эти отношения сохранятся, чем дальше, тем больше. Как долго сохранится такое поведение? Вот в чем вопрос, потому что оно не может сохраняться вечно».

По словам Мистела, его открытие указывает на необходимость дальнейших исследований и сотрудничества в рамках научного сообщества, а также возможного анализа других данных.

Макгоф отметил титанические — но пока безуспешные — усилия международного сообщества физиков элементарных частиц по обнаружению и идентификации частиц темной материи.

«Либо ореол темной материи гораздо больше, чем мы ожидали, либо вся парадигма неверна», — говорит Макгоф.

«Теория, которая заранее предсказала такое поведение, — это модифицированная MOND-теория гравитации, выдвинутая Моти Милгромом в качестве альтернативы темной материи в 1983 году. Таким образом, очевидная и неизбежно противоречивая интерпретация этого результата заключается в том, что темная материя — это химера; возможно, доказательства этого указывают на некую новую теорию гравитации, выходящую за рамки того, чему нас научил Эйнштейн.»