Тёмная материя, существенно преобладающая над обычной по массе, по-прежнему очень плохо изучена. Её природу описывает множество противоречащих друг другу гипотез, однако ни одна из них не является преобладающей. Впрочем, многие астрофизики склоняются к тому, что эта загадочная субстанция, невидимая для электромагнитных приборов и взаимодействующая с окружающей средой лишь гравитационно, состоит из частиц.
Но на днях международная команда исследователей из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) и университета Эдинбурга (University of Edinburgh) опубликовала данные, которые опровергают данное предположение. Учёные изучили процесс столкновения галактик и галактических кластеров, гравитационные эффекты, спровоцированные этим процессом, и роль тёмной материи в рассматриваемом явлении.
Известно, что тёмная материя взаимодействует с видимым материалом во Вселенной лишь гравитационно. Она искривляет свет, идущий от далёких звёзд по направлению к земному наблюдателю, а также ускоряет движение галактик внутри кластеров. Галактические скопления состоят на 90% из тёмной материи, что делает их идеальными объектами для изучения этой субстанции.
Ведущий автор нового исследования Дэвид Харви (David Harvey) и его коллеги из Лаборатории астрофизики EPFL изучали столкновения кластеров галактик и пытались найти зацепки, которые помогли бы пролить свет на природу тёмной материи. Учёные рассмотрели 72 случая столкновений галактических скоплений, рассказывается в пресс-релизе Европейского космического агентства.
Важно понимать, что столкновения галактик протекают на протяжении миллиардов лет: звёздные системы сначала притягиваются друг к другу, после чего кружатся в космическом вальсе и, наконец, сливаются друг с другом. При этом тёмная материя каждого кластера взаимодействует со сгустками "соседа".
Харви и его коллеги использовали для своей работы данные рентгеновской обсерватории "Чандра" (Chandra X-ray Space Observatory) и космического телескопа "Хаббл" (Hubble). В рамках своего исследования учёные рассмотрели знаменитый случай столкновения кластеров Пуля (Bullet Cluster), где два галактических скопления выстроились в форме гигантской пули.
Исследователи проанализировали данные о столкновениях, чтобы измерить изменение импульса тёмной материи в тот момент, когда два кластера врезались друг в друга. Предыдущие исследования в области физики частиц показали, что когда субатомные частицы сталкиваются друг с другом, то происходит обмен импульсами. Поэтому, в зависимости от того, что произошло с тёмной материей в процессе столкновения скоплений галактик, можно сделать выводы о её природе.
Команда Харви рассмотрела два возможных сценария, которые помогли бы проверить гипотезу о том, что тёмная материя состоит из частиц. В одном случае частицы тёмной материи взаимодействуют часто, но обмениваются небольшим импульсом, а в другом — взаимодействуют редко, но обмениваются большим импульсом.
Если верен первый сценарий, то тёмная материя будет замедляться после столкновения, поскольку частое взаимодействие частиц вызовет дополнительное торможение. Во втором сценарии частицы тёмной материя будут рассеиваться по космосу, отлетая прочь от места столкновения галактических кластеров, как бильярдные шары.
К удивлению учёных расчёты показали, что сгустки тёмной материи попросту проходят сквозь друг друга. Это означает, что её частицы не взаимодействуют между собой и не вызывают торможения. Харви и его коллеги сообщают, что, скорее всего, частиц тёмной материи и не существует вовсе.
"Наше исследование увеличивает вероятность того, что две гипотетические частицы тёмной материи взаимодействуют ниже математической вероятности взаимодействия двух реально существующих протонов. А значит, скорее всего, тёмных протонов, о которых говорилось ранее, не существует в природе", — поясняет Харви.
Результаты данного исследования, кстати, согласуются с гипотезой теоретиков из университета Кейс Вестерн Резерв, о котором "Вести.Наука" рассказывали в ноябре 2014 года. Тогда физики предположили, что тёмная материя должна состоять не из частиц, а из глыб размером с астероид. Однако как взаимодействуют эти глыбы друг с другом, и могут ли они пройти насквозь другие сгустки тёмной материи, исследователям ещё предстоит выяснить.
Статья, которая опровергает существование частиц тёмной материи, появилась в журнале Science.
