Темная материя существует: наблюдения опровергают альтернативные объяснения

Таинственна темная материя — это одна из величайших загадок астрофизики и космологии. Считается, что она составляет 90 процентов вещества во вселенной, но ее существование было продемонстрировано только косвенно, и недавно было поставлено под сомнение.

Новое исследование, проведенное SISSA (Международная школа передовых исследований), устраняет недавние сомнения в отношении присутствия темной материи в галактиках, опровергая эмпирические связи в поддержку альтернативных теорий. Исследование, опубликованное в Astrophysical Journal, также предлагает новое понимание понимания природы темной материи и ее связи с обычной материей.

От расширения Вселенной до движения звезд в галактиках существует много явлений, которые нельзя объяснить наличием только барионной материи. Сила притяжения, генерируемая веществом, недостаточна для объяснения наблюдаемых гравитационных эффектов. Это привело к теории существования  темной материи и идее о том, что галактики встроены в ее сферическое гало.

«Три года назад несколько коллег из Университета Case Western Reserve подвергли сомнению наше понимание Вселенной и глубокую работу многих исследователей, ставя под сомнение существование темной материи в галактиках», — объясняет Кьяра Ди Паоло, доктор астрофизике в SISSA.

Анализируя кривые вращения 153 галактик, главным образом классического «спирального» типа, они получили эмпирическую связь между полным гравитационным ускорением звезд (наблюдаемым) и компонентом, который мы наблюдали бы в присутствии только обычного вещества в классическом ньютоновском теория.

Эти эмпирические отношения, которые казались действительными во всех галактиках, которые они анализировали, и на любом галактическом радиусе, мотивировали объяснение гравитационного ускорения, не обязательно ставя под сомнение темную материю, но включая, например, теории измененной гравитации, такие как модифицированная ньютоновская динамика (MOND).

Ди Паоло и ее сотрудники хотели проверить это соотношение, проанализировав кривые вращения галактик, отличных от классического спирального типа — 72 галактики с низкой поверхностной яркостью (LSB) и 34 карликовых галактики. Они дали более обширные результаты, найдя взаимосвязь, которая, помимо полного ускорения силы тяжести и его обычного компонента, также включает в себя радиус галактики и морфологию галактик.

«Мы изучили взаимосвязь между полным ускорением и его обычным компонентом в 106 галактиках, получив результаты, отличные от тех, которые наблюдались ранее», — объясняет Паоло Салуччи, профессор астрофизики в SISSA и один из авторов исследования.

«Это не только демонстрирует неточность ранее описанных эмпирических отношений, но и устраняет сомнения в существовании темной материи в галактиках. Кроме того, найденные новые отношения могут дать важную информацию о понимании природы этого неопределенного компонента».

C. Di Paolo et al. The Radial Acceleration Relation (RAR): Crucial Cases of Dwarf Disks and Low-surface-brightness Galaxies, The Astrophysical Journal (2019). DOI: 10.3847/1538-4357/aaffd6