Астрофизики зарегистрировали движение темной материи

Ученые обнаружили доказательство того, что темная материя может нагреваться и перемещаться в результате звездообразования в галактиках. Новые данные предоставляют первое наблюдательное доказательство эффекта, известного как «нагревание темной материи», а также указывают на то, из чего темное вещество может состоять. Исследование опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Ученые из Университета Суррея, Университета Карнеги – Меллона и Швейцарской высшей технической школы Цюриха искали признаки темной материи в центрах ближайших карликовых галактик – маленьких, тусклых галактиках, обычно вращающихся вокруг более крупных галактик, вроде Млечного пути. В них может содержаться информация, которая в дальнейшем может помочь нам лучше понять природу темной материи.

Считается, что Вселенная в основном состоит из темной материи. Однако, из-за того, что она не взаимодействует со светом таким же образом, как это делает обычная материя, ее можно наблюдать только посредством ее гравитационных эффектов. Тем не менее, ключ к ее изучению может заключаться в звездообразовании в карликовых галактиках.

Звездообразование в маленьких карликовых галактиках может медленно нагревать темную материю, выталкивая ее от центра. Изображение слева показывает плотность водородного газа в симулированной карликовой галактике (вид сверху). Изображение справа показывает то же самое, но в реальной карликовой галактике IC 1613. В симуляции, повторный приток и отток газа приводит к гравитационным флуктуациям в центре карлика. В ответ на это, темная материя мигрирует из центра галактики. Этот эффект называется «нагреванием темной материи» / © J. Read et al.

Во время формирования звезд, сильный ветер может расталкивать газ и пыль из центра галактики. В результате, галактический центр уменьшается в массе, а это в свою очередь влияет на то, сколько гравитации испытывает оставшаяся темная материя. При меньшем гравитационном притяжении темная материя получает энергию и мигрирует из центра галактики – этот эффект называют «нагреванием темной материи».

Команда астрофизиков измерила количество темной материи в центрах 16 карликовых галактик с очень разной историей звездообразования. Они обнаружили, что галактики, звездообразование в которых прекратилось очень давно, имели большие плотности темной материи в своих центрах, чем те, в которых звезды еще продолжают формироваться. Это поддерживает теорию о том, что в более старых галактиках нагревание темной материи происходит меньше.

«Мы нашли поистине замечательное взаимоотношение между количеством темной материи в центрах этих маленьких карликов и звездообразованием, испытанных ими за время своего существования, – объясняет ведущий автор исследования, профессор Джастин Рид. – Похоже, что темная материя в центрах звездообразующих карликов «разогревалась» и вытеснялась».

Эти данные накладывают новые ограничения на модели темной материи: она должна быть способна формировать карликовые галактики, демонстрирующие диапазон центральных плотностей, которые должны соответствовать количеству звездообразования.

«Это исследование может быть «самым горячим» доказательством, на шаг приближающим нас к пониманию того, что такое темная материя. Наше открытие того, что она может нагреваться и перемещаться помогает мотивировать к поиску частицы темной материи», – говорит соавтор исследования, профессор Мэтью Уокер.

Команда надеется расширить работу, измерив центральную плотность темной материи в большей выборке карликовых галактик, изучив еще более тусклые галактики и протестировав больший диапазон моделей темной материи.

Для того, чтобы быть в курсе новостей в сфере науки, подписывайтесь на наш Telegram-канал.