Тёмная материя переписала историю Вселенной? Как тёмная материя «строила» галактики миллиарды лет назад

Что мы знаем о тёмной материи? Пожалуй, не так уж и много. Эта таинственная субстанция, составляющая большую часть массы Вселенной, невидима для наших телескопов. Но её гравитационное влияние выдаёт себя, заставляя звёзды и газ двигаться совсем не так, как предсказывают классические законы физики. И вот, новое открытие, словно вспышка сверхновой, освещает тёмные уголки ранней Вселенной, заставляя нас пересмотреть устоявшиеся представления о формировании галактик.

Загадка вращения: от Веры Рубин до наших дней

Всё началось в 1970-х, когда американский астроном Вера Рубин, изучая вращение спиральных галактик, обнаружила странный феномен. По идее, звёзды на периферии галактик должны двигаться медленнее, чем те, что расположены ближе к центру, — подобно тому, как планеты на окраинах Солнечной системы вращаются медленнее, чем Меркурий. Но наблюдения Рубин показали совершенно иную картину: скорость вращения звёзд оставалась практически неизменной, даже на значительном удалении от центра. Как будто невидимая рука поддерживала их движение, не давая замедлиться.

Эта «невидимая рука», как вы уже догадались, и есть тёмная материя. Она образует вокруг галактик гигантское гало, которое и «разгоняет» звёзды на периферии. Так родилась концепция «плоской кривой вращения» — верного признака присутствия тёмной материи.

Взгляд в прошлое: что скрывают квазары?

Но одно дело — изучать близкие к нам галактики, и совсем другое — заглянуть на 13 миллиардов лет назад, во времена, когда Вселенная была совсем юной. Как вела себя тёмная материя тогда? Ответ на этот вопрос попыталась найти международная команда астрофизиков, вооружившись данными, полученными с помощью мощнейшего радиотелескопа ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array).

Объектами их исследования стали два квазара — ярчайшие объекты во Вселенной, представляющие собой сверхмассивные чёрные дыры, активно поглощающие окружающее вещество. Свет от этих квазаров шёл до нас 13 миллиардов лет, а значит, мы видим их такими, какими они были в самом начале космической истории.

Изучая спектр излучения ионизированного углерода (C+) в галактиках, окружающих квазары, учёные смогли «прощупать» динамику газа — своеобразный «танец», по которому можно судить о распределении массы, в том числе и тёмной. И вот тут-то их ждал сюрприз!

Неожиданный результат: тёмная материя доминирует?

Предыдущие исследования далёких галактик указывали на то, что доля тёмной материи в них была относительно невелика. Кривые вращения показывали снижение скорости на периферии, что говорило о преобладании «обычной» материи (звёзд и газа). Новые же данные, полученные командой под руководством Циньюэ Фэй, перевернули всё с ног на голову.

Оказалось, что кривые вращения изученных галактик… плоские! Точно такие же, как у массивных спиральных галактик в современной Вселенной. Это означает, что тёмная материя играла доминирующую роль в формировании галактик уже на самых ранних этапах их эволюции, составляя около 60% от общей массы.

В чём же дело? Почему такие противоречивые результаты?

«Позвольте объяснить,» — говорит профессор Джон Сильверман, один из авторов исследования. — «Мы, по сути, применили метод Веры Рубин, но только к галактикам, находящимся на другом конце Вселенной. И результаты оказались поразительными!»

Возможно, дело в том, что предыдущие исследования были ограничены в своих возможностях. Или же мы имеем дело с какими-то неизвестными пока процессами, которые влияли на распределение тёмной материи в ранней Вселенной.

Новый взгляд на эволюцию галактик

Как бы то ни было, новое открытие ставит перед нами больше вопросов, чем даёт ответов. Оно заставляет переосмыслить наши представления о том, как формировались и эволюционировали галактики. Как тёмная материя взаимодействовала со сверхмассивными чёрными дырами в центре галактик? Как это повлияло на дальнейший рост и развитие галактических структур?

Поиск ответов на эти вопросы — захватывающая задача для астрофизиков будущего. И, кто знает, возможно, именно разгадка тайны тёмной материи позволит нам, наконец, понять, как устроена наша Вселенная на самом фундаментальном уровне. А вы знали, что темная материя составляет около 85% всей материи во Вселенной? Это ли не повод задуматься о том, как много нам еще предстоит узнать!