Астрономы столкнулись с еще одним свидетельством в пользу существования темной материи, которое пока что не удается согласовать с имеющимися теориями.
Наблюдения за скоплением галактик Abell 520 на расстоянии в 2,4 млрд световых лет выявили некую невидимую массу, которая проявляет себя лишь отклонением лучей света. Находящиеся еще дальше другие галактики кажутся словно сфотографированными через увеличительное стекло, и это однозначный признак того, что в Abell 520 есть что-то очень тяжелое. Слишком тяжелое для обычных галактик и слишком большое для того, чтобы оказаться компактной сверхмассивной черной дырой.
Темная материя могла бы быть идеальным кандидатом на роль подобной невидимой массы, если бы не одно «но». В том месте, где находится центр невидимой линзы, галактик очень мало, а по современным представлениям — темная материя является спутником обычного вещества. Таинственные частицы, хоть и не взаимодействуют с нашими атомами напрямую (или взаимодействуют, но настолько редко, что ни один детектор этого пока не заметил), подчиняются закону всемирного тяготения и потому скапливаются там же, где и обычная материя. Вокруг центров галактик образуются невидимые, но проявляющие себя за счет гравитационных сил шарообразные облака темной материи; лишь в Abell 520 это правило почему-то нарушено.
Гигантское скопление плохо изученной физиками субстанции словно вывалилось в процессе столкновения галактик, говорится в сообщении NASA. И если в 2007 году, когда были получены первые данные подобного рода, большинство астрономов сочло странное распределение темной материи какой-то ошибкой, — сейчас, после пристального изучения скопления при помощи самых совершенных телескопов мира, списать все на недостаток информации уже не выйдет.
«Темная материя, — говорит ведущий автор опубликованного в журнале The Astrophysical Journal исследования Джеймс Джи, — ведет себя не так, как было предсказано. Мы определенно не можем вписать новые данные «Хаббла» в существующие теории». Это не стоит понимать как однозначное указание на «новую физику», ученый уточняет, что речь идет о теориях формирования галактик и о моделях поведения темной материи, но и это достаточно интересно.
Наука новая и не очень
Насколько велика новизна того или иного открытия? С известной осторожностью все новые факты можно разделить на две категории: первые заставляют пересмотреть частные теории, вторые же приводят к пересмотру всей картины мира в целом. Обнаружение того, что большая часть массы Вселенной — это темная материя, или открытие других галактик в начале прошлого века — пример открытий, сотрясших основы астрономии. А выяснение того факта, что на Марсе открытые водоемы высохли позже, чем считалось, — событие хоть и важное, но явно неспособное переписать все учебники по физике.
Предыдущие наблюдения за сталкивающимися скоплениями галактик позволили построить модель, в которой значительная часть обычного вещества следует за темной материей и на месте столкновения могут оставаться лишь облака раскаленного газа. В скоплении 1E 0657-558, например, наблюдения как при помощи «Хаббла», так и рентгеновских телескопов выявили достаточно строгую связь невидимой массы с обычным веществом... но вот в другом скоплении ситуация оказалась совершенно иной. Почему? Ответа на этот вопрос пока нет.
«Нам известно — говорит Джи, — где-то около шести примеров столкновения галактик, распределение в которых темной материи более-менее известно. Но проблема в том, что два наиболее изученных примера — скопление 1E 0657-558, оно же «Пуля», и Abell 520 — противоречат друг другу. Ни одна теория не объясняет и то, и другое; нам нужно больше информации и больше примеров».
Подчеркнем еще раз — вряд ли речь идет о том, что в разных участках Вселенной действуют разные физические законы. У ученых есть несколько разных предположений о том, что могло вызвать необычное поведение галактик: например, в Abell 520 могли столкнуться не два скопления галактик, а три. Или, как гласит другая версия, два сгустка темной материи из сталкивающихся галактик могли пролететь сквозь друг друга: о том, насколько хорошо частицы этой таинственной субстанции взаимодействуют друг с другом, до сих пор практически неизвестно.
Дело ясное, что дело темное
Темная материя: что же это такое? Такой вопрос мучает физиков уже больше десяти лет, но при этом мало кто сомневается в существовании невидимой массы, заполонившей Вселенную. Наблюдения за движением звезд в галактиках, данные с борта рентгеновских спутников-обсерваторий — все это свидетельствует о том, что вокруг нас есть нечто очень тяжелое и при этом невидимое и неуловимое; это не черные дыры, не межзвездный газ, не коричневые карлики и даже не нейтринные потоки.
Судя по всему, темная материя состоит из частиц, которые практически не взаимодействуют с обычным веществом: вероятность поймать нейтрино намного больше вероятности столкнуться с частицей темной материии. Несколько групп экспериментаторов по всему миру сейчас пытаются решить эту задачу, но наряду с прямыми наблюдениями у ученых есть еще одна возможность разгадать секрет большей части массы Вселенной.
В экспериментах на ускорителях при столкновении, например, протонных пучков друг с другом рождается множество разных частиц, среди которых вполне могут оказаться и те самые «темные» объекты. Регистрируя результаты реакций между протонами, физики могли бы обнаружить растрату энергии и массы на рождение темной материи: схожим образом в свое время открыли античастицы и нейтрино, так что LHC, Большой адронный коллайдер, ищет не только бозон Хиггса!
Кроме темной материи астрофизики также иногда упоминают и темную энергию — и это вовсе не синонимы. Темная энергия — не имеющая прямого отношения к предмету статьи сила, ответственная за расширение Вселенной с ускорением; некая столь же малоизученная сущность, которая обеспечивает разбегание галактик, невзирая на гравитационное притяжение.