«Заговор» темной материи и звезд опровергнут: новое исследование меняет взгляд на формирование галактик

В глубинах космоса, где миллиарды звезд мерцают, словно бриллианты на черном бархате, скрывается тайна, которая десятилетиями не давала покоя астрономам. Речь идет о темной материи — загадочной субстанции, невидимой для наших телескопов, но составляющей, по расчетам ученых, большую часть массы Вселенной. Ее присутствие ощущается лишь косвенно, через гравитационное влияние на видимые объекты — звезды, галактики, скопления галактик.

Долгое время господствовала гипотеза, получившая название заговор Балджа — Гало (the Bulge-Halo Conspiracy). Она предполагала, что темная материя и видимая материя, из которой состоят звезды, находятся в своеобразном «соглашении», формируя галактики с удивительной однородностью. Согласно этой гипотезе, суммарный профиль плотности массы галактики, включающий как звезды, так и темную материю, всегда оказывается близким к изотермическому.

Изотермический профиль подразумевает, что скорость вращения звезд вокруг центра галактики остается практически постоянной на разных расстояниях от него. Казалось бы, такой результат удивителен, ведь видимая материя распределена в галактиках неравномерно: в центре плотность звезд гораздо выше, чем на периферии. Чтобы получить изотермический профиль, распределение темной материи должно было бы идеально компенсировать неоднородность распределения звезд. Эта идея и легла в основу гипотезы заговора Балджа — Гало.

Однако, недавнее исследование, проведенное с использованием данных проекта MAGPI (Middle Ages Galaxy Properties with Integral field spectroscopy), ставит под сомнение эту красивую, но, возможно, слишком упрощенную картину. Проект MAGPI, реализованный на Очень Большом Телескопе (VLT) Европейской Южной Обсерватории (ESO), изучает массивные галактики на красном смещении z ~ 0.3, что соответствует эпохе «средних веков» Вселенной, когда возраст Вселенной составлял около 3,5 миллиардов лет. В эту эпоху галактики активно формировались и эволюционировали, что делает ее особенно интересной для изучения.

В рамках исследования ученые построили детальные динамические модели 22 галактик, используя метод Шварцшильда. Этот метод, основанный на анализе движения звезд в гравитационном поле галактики, позволяет восстановить ее внутреннюю структуру, в том числе распределение темной материи. Важным преимуществом метода Шварцшильда является то, что он не делает никаких априорных предположений о форме профиля плотности массы, в отличие от более простого метода Джинса, который часто используется для моделирования галактик.

Результаты моделирования оказались неожиданными. Ученые обнаружили, что распределение темной материи в галактиках не подчиняется никакому строгому порядку и демонстрирует значительный разброс. В некоторых галактиках темная материя доминирует уже на расстоянии, равном половине радиуса видимой части, в то время как в других ее влияние становится заметным лишь на гораздо больших расстояниях, превышающих радиус видимой части в 10-20 раз.

Более того, не было найдено никакой корреляции между структурой видимой части галактики, например, крутизной спада плотности звезд от центра к периферии, и количеством темной материи в ее центральной области. Этот результат прямо противоречит гипотезе заговора Балджа — Гало, согласно которой темная материя должна была бы идеально подстраиваться под распределение видимой материи.

Таким образом, исследование MAGPI ставит под сомнение устоявшиеся представления о формировании галактик. Похоже, что этот процесс гораздо сложнее и хаотичнее, чем считалось ранее. Темная материя, по-видимому, играет в нем не предсказуемую, а скорее случайную роль, и ее распределение в галактиках формируется под воздействием различных факторов, которые еще предстоит изучить.

Несомненно, исследование MAGPI — это лишь первый шаг на пути к разгадке тайны темной материи. Впереди — новые наблюдения, более совершенные модели, и, возможно, удивительные открытия, которые перевернут наши представления о Вселенной.