Темная материя организована в плоский «блин»: новые симуляции меняют карту Местной группы

Группа астрономов из Университета Гронингена в сотрудничестве с коллегами из Германии, Франции и Швеции представила новое исследование, которое может пролить свет на одну из давних загадок локальной Вселенной. С помощью сложных компьютерных симуляций ученые получили результат, который говорит о том, что темная материя за пределами Местной группы галактик — куда входят Млечный Путь, галактика Андромеды и десятки карликовых галактик — организована в обширную плоскость, простирающуюся на десятки миллионов световых лет.

Над и под этой плоскостью расположены масштабные пустоты. Исследование не только может объяснить наблюдаемые аномалии в движении близлежащих галактик, но и предлагает новое понимание распределения массы в нашей космической окрестности. Работа, проведенная аспирантом Эвудом Вемпе и профессором Аминой Хельми, опубликована в журнале Nature Astronomy, знаменуя собой значительный прорыв в изучении темной материи и крупномасштабной структуры Вселенной.

Почти сто лет назад Эдвин Хаббл открыл, что большинство галактик удаляются от нас, что стало ключевым подтверждением расширения Вселенной и теории Большого взрыва. Однако даже тогда были замечены исключения: например, галактика Андромеды приближается к Млечному Пути со скоростью около 100 километров в секунду. В последующие десятилетия астрономы столкнулись с парадоксом: почему многие крупные галактики вблизи Местной группы, вопреки ожиданиям, не подвержены сильному гравитационному влиянию ее массы и продолжают удаляться в соответствии с законом Хаббла-Леметра? Этот вопрос оставался нерешенным более полувека, вызывая споры среди специалистов.

Международная команда под руководством Эвуда Вемпе из Института Каптейна в Гронингене разработала инновационный подход к этой проблеме. Ученые создали серию компьютерных симуляций, которые моделируют эволюцию локальной Вселенной от ранних этапов до современности. Исходными данными послужили наблюдения космического микроволнового фона, отражающего распределение материи в молодой Вселенной.

С помощью мощных вычислительных ресурсов исследователи смогли воспроизвести ключевые параметры Местной группы, включая массы, положения и скорости Млечного Пути и Туманности Андромеды, а также характеристики 31 галактики, расположенной непосредственно за их пределами. Эти симуляции стали «виртуальными двойниками» нашей космической среды, позволив проанализировать динамику темной материи — невидимой субстанции, составляющей около 85% всей материи во Вселенной и оказывающей решающее гравитационное влияние.

Результаты моделирования показали, что темная материя за пределами Местной группы формирует плоскую структуру, напоминающую гигантский «блин». В этой плоскости гравитационное притяжение Местной группы компенсируется массой более удаленных объектов, что объясняет, почему близлежащие галактики не замедляются и продолжают удаляться в соответствии с законом Хаббла-Леметра.

При этом области выше и ниже плоскости оказались почти пустыми — там отсутствуют как видимая материя, так и галактики. Это важно, потому что в таких пустотах, где теоретически могло бы наблюдаться движение материи к Местной группе, просто нет объектов, которые можно было бы обнаружить. Таким образом, симуляции не только согласуются с наблюдаемыми скоростями галактик, но и предлагают физическое объяснение кажущегося нарушения гравитационных законов.

По словам Эвуда Вемпе, это исследование представляет первую в истории оценку распределения и скорости темной материи в окрестностях Местной группы. Ученые подчеркивают, что их модель уникальна: она одновременно соответствует стандартной космологической модели (ΛCDM), описывающей эволюцию Вселенной, и точно воспроизводит динамику локальной космической среды.

Профессор Амина Хельми отмечает, что астрономы десятилетиями пытались решить эту загадку, и успех стал возможен благодаря комплексному анализу движений галактик, который позволил вывести соответствующее распределение масс. Это не только углубляет понимание структуры темной материи, но и открывает новые перспективы для изучения эволюции галактик и крупномасштабной космологии. В будущем подобные симуляции могут помочь в интерпретации данных новых телескопов, таких как Евклид и Джеймс Уэбб, которые исследуют раннюю Вселенную.