Моделирование формирования галактик без темной материи

Исследователи из университетов Бонна и Страсбурга впервые симулировали формирование галактик во вселенной без темной материи. Чтобы воспроизвести этот процесс на компьютере, они изменили законы тяготения Ньютона.

Галактики, которые были созданы в компьютерных вычислениях, оказались подобны тем, которые мы фактически видим сегодня. По мнению ученых, их предположения могли бы разгадать многие загадки современной космологии. Результаты опубликованы в Астрофизическом журнале.

Сегодня космологи предполагают, что после Большого взрыва материя не была распределена полностью равномерно. Более плотные места привлекали больше вещества из окружающей среды из-за их более сильных гравитационных сил. В течение нескольких миллиардов лет эти скопления газа в конечном итоге образовали галактики, которые мы видим сегодня.

Важным компонентом этой теории является так называемая темная материя. С одной стороны, она считается ответственной за начальное неравномерное распределение, которое привело к скоплению газовых облаков. Это также объясняет некоторые удивительные наблюдения.

Например, звезды во вращающихся галактиках часто движутся так быстро, что их должно было выбросить. Похоже, что в галактиках есть дополнительный источник гравитации, который предотвращает это — своего рода «звездный клей», который нельзя увидеть с помощью телескопов: темная материя.

Тем не менее, до сих пор нет прямых доказательств ее существования. «Возможно, сами гравитационные силы ведут себя не так, как предполагалось ранее», — говорят исследователи. Эта теория имеет аббревиатуру MOND (Модифицированная Ньютоновская Динамика).

Согласно теории, притяжение между двумя массами подчиняется законам Ньютона только до определенной точки. При очень низких ускорениях, как в случае с галактиками, оно становится значительно сильнее. Вот почему галактики не распадаются в результате их скорости вращения.

Ученые использовали программное обеспечение для моделирования образования звезд и галактик, начиная с газового облака через несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва.

«Во многих отношениях наши результаты удивительно близки к тому, что мы на самом деле наблюдаем с помощью телескопов», — объясняют исследователи. Например, распределение и скорость звезд в сгенерированных компьютером галактиках следуют той же схеме, что можно увидеть на ночном небе.

«Кроме того, наше моделирование привело в основном к образованию вращающихся дисковых галактик, таких как Млечный путь, и почти всех других крупных галактик, которые мы знаем. Моделирование темной материи, с другой стороны, в основном создает галактики без отдельных дисков материи — несоответствие наблюдениям, которое трудно объяснить.»

Расчеты, основанные на существовании темной материи, также очень чувствительны к изменениям определенных параметров, таких как частота сверхновых и их влияние на распределение вещества в галактиках. Однако в моделировании MOND эти факторы почти не играли роли.

Однако опубликованные результаты не во всех отношениях соответствуют действительности. «Наша симуляция — это только первый шаг», — подчеркивают ученые. Например, до сих пор были сделаны только очень простые предположения о первоначальном распределении материи и условиях в молодой Вселенной.

«Теперь мы должны повторить расчеты и включить более сложные влияющие факторы. Тогда мы увидим, действительно ли теория MOND объясняет реальность.»

The formation of exponential disk galaxies in MOND. Astrophysical Journal,  arxiv.org/abs/2002.01941. arXiv:2002.01941v1 [astro-ph.GA]