*3344. Темная материя

[Газета.Ru]

http://www.gazeta.ru/science/2009/03/11_a_2956200.shtml
Завершающая часть интервью с академиком Анатолием Михайловичем Черепащуком

Лектор: (none) 04.06.2009, 14:37
abc.net.au

В третьей, завершающей части своего интервью академик Черепащук рассказывает о будущем астрономии. Об открытиях, которых ждут в ближайшие годы и о перспективах науки на следующий век.

Первая часть: Всемирный год астрономии.
Вторая часть: «Бери больше, кидай дальше».

– Чего вы ждёте от астрономии в ближайшие годы? Какие проблемы стоят перед наукой?

– Тёмная энергия, тёмная материя, внеземные цивилизации.

Проблема номер один – это природа тёмной энергии. Это неожиданное, потрясающее открытие – материя с отрицательным давлением, с антигравитацией. Что это такое – её микроскопическая сущность, микроскопическая структура? Вакуум из виртуальных частиц, какое-то особое поле? Пока из наблюдений вытекает, что это скорее вакуум: параметр в уравнении состояния близок к «вакуумной» –1, и по мере уточнения наблюдений становится к ней всё ближе и ближе.

Но, тем не менее, никто из физиков не имеет никаких представлений, что это такое. Академик Валерий Анатольевич Рубаков в одной из своих последних лекций сказал:

«что касается микроскопической природы тёмной энергии, то здесь у нас, у теоретиков все фантазии исчерпаны, нужны принципиально новые идеи».

Это больной вопрос, потому что тёмная энергия – это 70–75% от всей энергии Вселенной, то есть это основная часть Вселенной, и мы не знаем, что это такое.

Во-вторых, тёмная материя. С этим попроще, хотя, что это такое, тоже никто не знает. Тёмная материя тоже превалирует над обычным веществом (её в 4–5 раз больше) и составляет где-то 20% от общей плотности Вселенной. Но есть хотя бы какой-то намёк на её природу: она гравитационно скучивается, концентрируется в галактиках, в скоплениях галактик. То есть там, где много барионов, там много и тёмной материи – в отличие от тёмной энергии, которая распределена однородно.

Скорее всего, тёмная материя – это какие-то частицы. Частицы, которые не открыты ещё на ускорителях, но которые предсказываются, например, суперсимметричными теориями. Природу этих частиц мы надеемся открыть при помощи нового коллайдера. По некоторым данным, частицы тёмной материи должны иметь массу в сотни или тысячи ГэВ. В последнее время много шума насчёт результатов PAMELA и ATIC, но это пока всё косвенные намёки. Надо просто измерить параметры частиц тёмной материи – массу, заряд, спин, и сказать – вот она, частица.

Третья волнующая проблема – это, конечно, внеземные цивилизации. Уж сколько лет, с тех пор, как Шкловский начал всё это пробивать, бьются. И до сих пор мы не имеем никаких сигналов из космоса и никаких намёков на то, что даже микроорганизмы живые существуют вне Земли – даже на Марсе.

Вопрос стоит очень остро, проблема имеет и огромное мировоззренческое значение. Лет 15 назад академик Владимир Игоревич Арнольд, будучи у папы римского, попросил его – вы, говорит, Галилея оправдали – давайте теперь и Джордано Бруно оправдайте, которого вы сожгли в своё время. А папа Арнольду ответил: вы найдите сначала, докажите, что есть жизнь на других планетах, тогда мы его оправдаем. А так, церковники говорят: Бог создал жизнь на Земле, и нет больше жизни во Вселенной. И они правы по-своему – пока ничего не найдено. Со времени сожжения Бруно прошло 400 с лишним лет – и нет никаких намёков.
– А какие проблемы, по Вашему мнению, близки к решению?

– Я жду, что в ближайшее десятилетие будет получена Нобелевская премия за открытие чёрных дыр. Мы к этому подходим всё ближе и ближе. Во-первых, этих чёрных дыр уже, как собак нерезаных. Звёздных чёрных дыр – 23 штуки, для них измерены массы, даны ограничения на размеры. А сверхмассивных чёрных дыр в ядрах галактик – уже многие тысячи.

Но самое главное – надо измерить процессы вблизи горизонта событий, только так можно доказать, что это чёрная дыра.

И прогресс в этом направлении сейчас есть, это работы последних 2–3месяцев. Вот Nature пришёл, где описываются результаты наблюдений радиоинтерферометра с базой в несколько тысяч километров на длине волны 1,3 мм. Угловое разрешение этих наблюдений – 10-5 секунды дуги, и столько же – угловой размер гравитационного радиуса чёрной дыры массой 4 миллиона солнечных масс в центре нашей Галактики. Однако из-за того, что излучение от внутренней части аккреционного диска искривляется полем тяготения чёрной дыры, эффективный размер ореола вырастает примерно до 2,6*10-5 секунды дуги, и поэтому с разрешением 10-5 секунды дуги уже можно рассмотреть внутренние части аккреционного диска. И это было сделано. Оказалось, что истинный размер самой чёрной дыры – это гравитационный радиус.

Теперь доказать, что метрика пространства-времени вблизи горизонта событий чёрной дыры соответствует уравнениям Эйнштейна, а для этого надо изучать движение частиц.

Авторы упомянутой статьи в Nature говорят, что через два года запустят новый интерферометр на длине волны уже 0,5 мм или даже 0,3 мм и с базой в 10 тысяч км – они в Австралии радиотелескоп собираются использовать. База у них будет в несколько раз больше, а длина волны в несколько раз меньше, значит разрешение, λ/D будет уже лучше 10-6 секунды. А самое главное – за счёт большего количества радиотелескопов, они смогут уже за время порядка часа накопить достаточно сигнала, чтобы смотреть переменность на таких временах. И тогда уже просто по характеру переменности мы сможем изучать движение горячих пятен вблизи горизонта событий, а по их движению – судить о том, какая там метрика пространства-времени.

Чтобы запустить новый интерферометр, потребуется 2-3 года. Ещё лет пять-семь понадобится на осмысление результатов. И я думаю, лет через 10, максимум 20 лет, будет получена Нобелевская премия за открытие чёрных дыр.

– Что это будет означать для наших представлений о Вселенной?

– Если есть чёрные дыры, то весьма вероятно, должны быть и кротовые норы. Для кротовых нор просто нужна экзотическая материя – материя с отрицательным давлением. Но она уже открыта – пожалуйста, тёмная энергия. Правда, если это вакуум, его нельзя сжать, и из чистого вакуума кротовую нору не построишь. Но если это квинтэссенция или фантомная энергия (то есть коэффициент в уравнении состояния отличен от –1), это вещество уже можно сжимать. У него отрицательное давление, но его можно сжимать, и возможна стационарная конфигурация типа кротовой норы. Ну и на отрицательном давлении магнитного поля – это известная работа Новикова, Кардашёва и Шацкого, тоже можно удержать объект от коллапса и сделать туннель в пространстве-времени вроде кротовой норы.

Так что если будут чёрные дыры доказаны, то и кротовые норы, скорее всего, должны быть. А если есть кротовые норы – то можно теоретически и практически создать машину времени, потому что кротовая нора – не что иное, как машина времени, можно туда и обратно ходить. Тут уже «философские» проблемы начинаются: как быть со временем, с причинностью.
– И последний вопрос: какой Вы видите астрономию через 100 лет. Что будет к 500-летия использования телескопа Галилеем?

– Если человечество доживёт до этого – а то видите, начинаем между собой уже грызться так, что можем уничтожить цивилизацию.

А с точки зрения астрономии через 100 лет…

Я думаю, вся астрономия будет на Луне.

Точнее, все обсерватории: Луна – идеальное место. Нет искажающей атмосферы, нет помех. Сейчас радиоастрономия страдает колоссально – все частоты заняты трансляцией, и найти полосочку для радиоастрономии всё сложнее и сложнее. А на Луне, на её обратной стороне – нет этого, нет радиопомех.

А астрономия будущего, астрономия через 100 лет – это будет астрономия инфракрасного и радиодиапазонов. Причина этого – красное смещение: Вселенная расширяется, и с ней увеличивается и длина волны излучения, испущенного когда-то. И если мы хотим проникнуть дальше в прошлое, то из-за красного смещения всё излучение смещается во всё более длинноволновую часть спектра.

Вот посмотрите на новый европейский космический телескоп имени Гершеля, аналог телескопа имени Хаббла, но с диаметром не 2,5 метра, а 3,5 метра. Он уже на ближний инфракрасный диапазон рассчитан, у него рабочая длина волны – 1 микрон. «Хаббл» делали с упором на ультрафиолет, потому что его не пропускает земная атмосфера. Но потом поняли, что информация, которая содержится в ультрафиолете, касается только ближайшего космоса. Более того, ультрафиолет сильно поглощается, поэтому даже без учёта красного смещения, вы далеко не можете уйти – межзвёздный газ всё поглощает, межгалактический газ поглощает, и так далее. А инфракрасный и радиодиапазон – это бесконечность. Плюс красное смещение. Всё заставляет нас переходить в эти диапазоны.

Астрометрия – тоже будет на Луне. Точность измерения координат уже будет лучше одной угловой микросекунды. Мы будем знать движение каждой звезды нашей Галактики! Будем знать, куда она движется, откуда она вышла – это колоссальная информация для звёздной динамики. Мы будем способны провести геометрическое измерение расстояний до всех звёзд нашей Галактики, расстояние с точностью в несколько процентов будет известно для всех её звёзд.

Более того, мы уже будем иметь тригонометрические параллаксы галактик!

Не самых удалённых, но это уже будут геометрические расстояния. А по ним уже можно будет измерять кривизну пространства-времени на космологическом уровне.

Я думаю, что будущее астрономии – это Луна, обратная сторона Луны, где не будет атмосферных искажений, не будет помех, но будут уникальные возможности и где будут расположены все телескопы. В том числе, телескопы по поиску сигналов внеземных цивилизаций – с гораздо большей чувствительностью и с гораздо большим разрешением.

Там уже будут построены базы, будут работать люди. Не зря сейчас умные страны – Китай, Япония обращают внимание на Луну. Постепенно Луну надо осваивать. Это же наш подарок судьбы! Громадная масса – сила тяжести там всего вшестеро меньше, чем на Земле, почти тот же самый режим, что на Земле – всё нормально. Нужны только эффективные средства доставки людей туда и обратно, нужно преодолеть дороговизну этого перелёта. И я думаю, за 100 лет технологии позволят нам легко это делать.

– Большое спасибо.

Беседовал Артём Тунцов.

[Лентa.Ru]

https://lenta.ru/articles/2016/04/12/dark/
08:48, 12 апреля 2016

Российские ученые приблизились к пониманию природы таинственной темной материи

Фото: Globallookpress.com

Космос — это не только запуски ракет, но и большая наука, основанная на точных измерениях, атомных технологиях и терпении экспериментаторов. Одна из главных космических загадок — темная материя. О гонке за ней «Ленте.ру» рассказал в День космонавтики директор института космофизики базового вуза «Росатома», НИЯУ МИФИ Аркадий Гальпер.

«Лента.ру»: В МИФИ занимаются только прикладными исследованиями или есть место и фундаментальной науке?

Гальпер: Конечно, у нас имеются кафедры, которые создают перспективные разработки под патронажем «Росатома». Например, «ядерный тягач», способный в разы сократить время полета, например, до Марса. Однако есть в МИФИ группы, в том числе моя, занимающиеся проблемами общей физики и космологии, то есть фундаментальными исследованиями.

День космонавтики и наш праздник, праздник многих атомщиков, работающих над проектами для космической отрасли и астрофизики. 4 октября 1957 года полетел наш первый спутник, и началась эра прямых исследований в космосе.

А сейчас?

В марте 2016 года завершились наши работы по проведению прямых исследований космического излучения на приборе, получившем название PAMELA. Это устройство с магнитным полем. Положительные и отрицательные частицы отклоняются в разные стороны, что позволяет очень хорошо видеть и изучать космические частицы, приходящие к нам из Галактики от ближайших возможных источников, измерять их заряд, массу и энергию. А еще, что очень важно, — отделять частицы и античастицы. Например, электроны и позитроны, протоны и антипротоны.

Что это за прибор?

У него замечательная история! Дело в том, что в начале 1990-х годов к нам обратились исследователи из Национального итальянского института ядерной физики. Мы вместе решили провести измерение потоков космических лучей.

Мы, мифисты, давно работаем в космосе — с 1960-х годов. И к нам всегда тянулись зарубежные коллеги: вместе с итальянцами мы предложили программу «РИМ» — российско-итальянская миссия. Для института это было ново. Подготовку к нашему большому эксперименту мы начали с разработки научной аппаратуры и ее частичного испытания в космосе.

Удалось открыть что-то новое?

Нам удалось провести очень интересное исследование, изучив частицы, которые попадают в глаза космонавтам, и те видят вспышки. Это отчасти биологическая проблема. Какие-то космические частицы создают в глазах эффекты, воспринимаемые человеком как свет. Результаты этой работы были опубликованы в журнале Nature.

Что было дальше?

С начала 2000-х годов мы занимались другим большим экспериментом. Речь идет как раз об инструменте PAMELA, который состоит из нескольких типов различного рода детекторов, регистрирующих интересные нам частицы.

Мы поставили перед собой важную физическую задачу. Дело в том, что еще в начале прошлого века возникло такое понятие как «темная материя». Когда изучали скопления галактик, то обратили внимание на то, что все они вращаются вокруг определенного «центра». Это вращение определяют гравитационные силы, и галактики, благодаря своей скорости, могут удерживаться, не падая в центр. Предположили, что в центре скопления имеется вещество, обладающее гравитационной массой и, соответственно, удерживающее за счет гравитации эти галактики вокруг себя при их вращении. Что за материя находится в этом центре, никто не знал. Ее как будто бы не было! Или она была невидимой. При этом темной материи в нашей Вселенной в несколько раз больше, чем обычной барионной!

Из чего же она состоит?

Тогда думали, что темная материя состоит из темных частиц, то есть тех, которые никоим образом не светят. Погоня за темной материей была сугубо теоретической: ученые строили предположения о массе и свойствах ее частиц.

Эти теоретические расчеты показали, что гипотетические частицы очень необычны. Во-первых, они нейтральные, то есть при возбуждении не светят, как другие частицы. Во-вторых, они массивные: в Стандартной модели им места нет. После открытия бозона Хиггса ничего нового пока не нашли. Вполне вероятным продолжением может стать открытие массивных частиц, из которых состоит темная материя. В-третьих, эти частицы обладают очень маленьким сечением взаимодействия с обычной материей. Они свободно через нее проходят, но гравитационное взаимодействие у них существует.

Откуда же они взялись?

Считается, что на ранней стадии развития Вселенной, когда она была в состоянии очень высокого энергетического возбуждения и ее температуры хватало для рождения новых частиц, эти частицы и возникли. Поскольку они плохо взаимодействовали, то дожили до нашего времени.

Возможно ли зарегистрировать эти частицы?

Это очень интересный вопрос. Если темная материя существует, значит, она имеется и в окружающем нас мире — в Солнечной системе. Ее плотность очень мала, и вероятность того, что гипотетические частицы столкнутся друг с другом, также невысока. Однако их взаимодействие приводит к очень интересному результату — появлению известных нам частиц, например электрона и позитрона. Масса этих частиц во время подобного взаимодействия передается энергии вновь рожденных частиц. Хотя гипотетические частицы вроде бы стабильны, они могут распадаться. Скорее всего, в результате получаются фундаментальные частицы, которые затем превращаются в элементарные, известные нам частицы.

Поэтому в космосе и нужно искать следы аннигиляции темной материи: среди потока космических лучей необходимо регистрировать, например, позитроны и антипротоны. То есть относительно редкие частицы, которые хоть и встречаются в космическом излучении, но крайне нерегулярно.

И вы организовали их поиск?

Да, мы решили заняться поиском античастиц. Такой эксперимент можно ставить на ускорителях, разогнав частицы до огромных энергий. Это делают, например, на Большом адронном коллайдере.

Есть еще один способ — наблюдать прямое взаимодействие тяжелых частиц темной материи с ядрами. Например, посредством приборов, состоящих из большого объема жидкого ксенона или другого благородного газа. Там тяжелая частица сталкивается с ядром, из которого состоит этот газ, передает ему часть энергии, а мы высчитываем массу частицы, исходя от отклонения ядра.

Подобные эксперименты проводятся на огромных установках, расположенных преимущественно под землей. Они называются «прямыми экспериментами». Мы пошли иным путем, начав искать в потоке космических лучей неоднородности, скажем, антипротонов там, где, казалось бы, их не должно быть. Этот метод называется «косвенным», ведь мы ищем не сами частицы, а то, что получилось в результате…

Эксперимент PAMELA задумывался именно для этого?

Безусловно. Он был направлен на то, чтобы искать эти следы в потоках позитронов, антипротонов и даже антигелия, которые могли бы возникнуть в результате аннигиляции частиц темной материи.

Удалось ли добиться успеха?

PAMELA провела в космосе около десяти лет, и это нам очень помогло. В частности, было доказано, что спектр позитронов не совпадает с нашим теоретическим представлением о количестве этих частиц, даже если принимать во внимание все известные нам факторы рождения частиц в источниках, прохождения через Галактику и попадания в нашу Солнечную систему. Если мы все это посчитаем, то увидим, что поток другой — их количество даже растет. И одно из самых первых объяснений этого эффекта, названного аномальным эффектом PAMELA, основано на аннигиляции частиц темной материи на электрон и позитрон. Его можно увидеть и на электронах, проблема в том, что их настолько много, что сделать это гораздо сложнее.

Аналогичная картина с антипротонами. И это тоже один из основных результатов эксперимента PAMELA.

И это поставит точку в поисках темной материи?

Нет, уже нашлись те, кто пытается объяснить наши результаты иначе. И это вполне логично. Тем не менее результаты PAMELA очень важны, ведь это один из случаев, потенциально указывающих на темную материю.

Также хочу напомнить, что в этом процессе аннигиляции могут родиться электроны и позитроны. А могут — и гамма-кванты! Если появляются два гамма-кванта, то энергия каждого из них практически равна массе частицы темной материи. Вокруг этого развиваются целые направления исследований. Например, действующий в России проект «Гамма-400». Вскоре в науке начнется новая эра…

Беседовал Владимир Корягин

[Алексей Старобинский]

https://postnauka.ru/video/54752
Физик о теориях, различающих темную материю и темную энергию, и современных исследованиях Вселенной
09 ноября 2015

Какие существуют теории, объясняющие различные виды материи? Как физика элементарных частиц разделяет темную материю и темную энергию? На эти и другие вопросы отвечает доктор физико-математических наук Алексей Старобинский.

Примерно 95% общего энергетического баланса, то есть 95% от общей плотности массы энергии во Вселенной, составляют виды материи, в наземных экспериментах не открытые, и мы их называем «темными». В этом слове нет темного оттенка. Это значит, что с этими видами материи не реагируют фотоны, поэтому мы их не видим в свете. Свет через эти виды материи свободно проходит, поэтому их можно было назвать прозрачными или невидимыми. В наземной физике элементарных частиц это что-то темное мы делим на две части.

Темная материя и темная энергия. Это разделение можно провести двумя способами, и оба они дают один и тот же результат с 10-процентной точностью, что есть наблюдательная погрешность. Первый способ такой: вот мы видим, что видимая материя — протоны, нейтроны, электроны — скучивается, образуются галактики, звезды, планеты. А оказывается, что часть всего темного тоже гравитационно скучивается и движется в гравитационном поле примерно так же, как протоны, нейтроны, электроны. И эту часть называют темной материей. А другая часть гравитационно не скучивается. Ее мы называем темной энергией.

Естественная интерпретация, что темная материя — это слабо взаимодействующие частицы, но, я подчеркиваю, не участвующие в сильном, слабом, электромагнитном взаимодействии. И верхние оценки их сечения взаимодействия с видимой материей примерно на сечении, которое на 20 порядков меньше сечения взаимодействия нуклонов (протонов и нейтронов) друг с другом.

А темная энергия скорее не частица, а такое непрерывное поле. Более того, ее давление отрицательное. Пример отрицательного давления — это растянутая резинка, струна, только в этом случае давление отрицательно вдоль одного измерения — резинки или струны, а здесь оно отрицательно по всем трем направлениям. Более того, это отрицательное давление очень близко, почти равно по модулю и плотности энергии. То есть темная материя, ее тензор энергии импульса очень похож на то, что предложил Эйнштейн более 90 лет тому назад. Это космологическая постоянная Эйнштейна.

[Московский Планетарий]

[Анна Сабурова]

http://www.gazeta.ru/science/2016/08...10160729.shtml
Ученые нашли галактику из темной материи
Анна Сабурова 26.08.2016, 18:24

Pieter van Dokkum, Roberto Abraham, Gemini, Sloan Digital Sky Survey

Астрономы обнаружили галактику, на 99,99% состоящую из темной материи и почти без звезд. Как образуются такие галактики-призраки и в чем их ценность для науки, разбиралась «Газета.Ru».

Исследования галактик не перестают удивлять астрономов. Так, несмотря на значительный прорыв в технике получения глубоких изображений высокого разрешения, целый класс объектов таит в себе много еще не изученных интересных особенностей и преподносит новые сюрпризы.

Этот особенный класс — галактики низкой поверхностной яркости.

Галактики низкой поверхностной яркости — это системы, по многим параметрам схожие с «обычными» галактиками, но при этом обладающие очень низкой поверхностной яркостью даже в самых центральных областях. На данный момент уже очевидно, что галактики низкой яркости могут быть разных форм и размеров. Выделяют как карликовые, так и гигантские системы низкой яркости.

В частности, существует удивительный класс гигантских галактик низкой яркости,

характерные размеры которых превышают размеры Млечного Пути в 10 раз!

Как такие системы могли образоваться, до сих пор остается до конца не ясным. Изучение таких галактик, в частности, проводилось и российскими учеными. Новый сюрприз галактики низкой яркости преподнесли в 2014 году, когда Питер ван Доккум из Йельского университета и его коллеги обнаружили в скоплении Кома 47 ультрадиффузных галактик низкой яркости, по своим размерам сопоставимых с размерами Млечного Пути. Эти объекты обладали старым звездным населением и имели сфероидальную форму.

По своим параметрам этот класс объектов скорее напоминал карликовые сфероидальные галактики, к примеру, из Местной группы галактик вблизи М101. Но внушительные размеры найденных ультрадиффузных галактик не позволяли их причислить к карликам. Особый интерес к этим галактикам связан с тем, что, судя по экстремально низким поверхностным яркостям, они имеют весьма малую общую массу звезд. Если бы основную массу таких объектов составляло только звездное население,

они были бы разрушены приливными силами скопления.

Астрономы решили провести детальные исследования таких галактик, чтобы получить точную оценку их массы. С этой целью они получили измерения звездной кинематики одной из самых больших ультрадиффузных сфероидальных галактик выборки — Dragonfly 44. Работа была принята в Astrophysical Journal Letters.

Первый автор работы Питер ван Доккум отметил: «Очень скоро после открытия мы поняли, что эта галактика должна быть значительно массивнее, чем видно глазом. В ней настолько мало звезд, что ее бы разорвало на части, если бы что-то не сдерживало ее вместе». Кроме того, астрономы получили еще и глубокое изображение галактики. Наблюдения проводились на двух телескопах — Gemini и в обсерватории Кека. Оба телескопа расположены на Гавайях. Астрономам повезло, и наблюдения проходили при отличных погодных условиях. Для получения надежных спектральных данных ученым потребовалось 33,5 часа наблюдений, которые осуществлялись в течение шести ночей.
по теме

Оценка дисперсии скоростей звезд в 47 км/с озадачила астрономов. «Поразительно, но звезды движутся со скоростями, которые значительно превышают ожидания для столь неяркой галактики. Это значит, что Dragonfly 44 содержит в себе огромную долю невидимой массы», — говорит соавтор исследования Роберто Абрахам из Университета Торонто.

Оценка полной массы галактики оказывается близкой к массе Млечного Пути. А на долю темной материи приходится 98% в пределах радиуса, содержащего половину светимости галактики,

и 99,9%, если экстраполировать на значительно больший вириальный радиус, в пределах которого средняя плотность вещества в 200 раз превышает критическую плотность Вселенной, следующую из космологических моделей.

Как отмечают авторы, предварительный анализ данных по другим менее крупным ультрадиффузным галактикам выборки показывает меньшие значения дисперсий скоростей, что говорит о меньшей динамической массе.

Обнаружение галактик со столь высоким содержанием темной материи не ново, ранее находились карликовые галактики, также состоящие в основном из темной материи.

Кроме того, находят и гигантские галактики низкой яркости, в которых массовая доля темной материи составляет 95%. Однако работа Питера ван Доккума и соавторов вносит важный вклад в исследование формирования и эволюции галактик, поскольку этот результат довольно сложно объяснить в рамках современных представлений о формировании галактик, согласно которым в галактиках данных масс должны эффективно образовываться звезды.

Загадку о том, какой механизм стоит за образованием столь необычных объектов и как именно они потеряли газ — основное «топливо» для образования звезд, ученым еще предстоит решить. Отметим, что обнаружение подобных галактик с доминирующей темной массой должно помочь в изучении темной материи — поиск частиц темной материи можно проводить именно в этих галактиках.

[Полит. ру]

http://polit.ru/article/2017/03/16/ps_eso/

ESO/L. Calçada

Новые наблюдения ученых Европейской южной обсерватории (ESO) свидетельствуют о том, что 10 миллиардов лет назад, то есть в эпоху образования большинства галактик, в массивных галактиках с активным звездообразованием преобладало «обычное» барионное вещество. Сейчас влияние таинственной темной материи на галактики гораздо больше. Неожиданный вывод о том, что в ранней Вселенной темной материи было существенно меньше, чем теперь, сделан на основании наблюдательных данных, полученных на Очень Большом Телескопе ESO. Исследование представлено в четырех статьях, одна из которых опубликована в журнале Nature. Кратко о работе ученых рассказывается в пресс-релизе ESO.

Мы видим обычное вещество Вселенной в форме ярко сияющих звезд, светящегося газа и пылевых облаков. Темная материя не излучает, не поглощает и не отражает свет; ее присутствие проявляется только в ее гравитационном воздействии на обычное вещество. Только существованием темной материи можно объяснить, почему внешние части близких к нам спиральных галактик вращаются быстрее, чем это теоретически определяется наблюдаемой массой обычного вещества в этих галактиках. Диск спиральной галактики совершает один оборот за время порядка сотен миллионов лет. В ядрах спиральных галактик наблюдается высокая концентрация звезд, но по мере удаления от центра галактики плотность светящегося вещества падает. Если бы масса галактики полностью определялась обычным веществом, более разреженные внешние области галактик вращались бы медленнее, чем плотные центральные области. Но наблюдения близких к нам спиральных галактик показывают, что их внешние и внутренние области вращаются примерно с одной и той же скоростью. «Плоские кривые вращения» свидетельствуют о том, что в спиральных галактиках должно присутствовать много несветящегося вещества в форме гало из темной материи, окружающего галактический диск.

Недавно международная группа астрономов под руководством Райнхарда Гензеля (Reinhard Genzel) из Института внеземной физики Общества Макса Планка в Гархинге (Германия) при помощи приемников KMOS и SINFONI на Очень Большом Телескопе ESO в Чили [2] измерила вращение шести массивных галактик с активным звездообразованием в дальней Вселенной, в эпоху, когда образовалось большинство галактик, то есть 10 миллиардов лет назад.

https://youtu.be/2KYb_l8wr0c
Результат их измерений оказался неожиданным: в отличие от спиральных галактик в современной Вселенной, внешние области этих далеких галактик вращаются медленнее, чем внутренние, что означает, что там меньше темной материи, чем предполагалось.

«Удивительно не то, что скорости вращения галактик оказались непостоянными, а то, что они уменьшаются с расстоянием от центров галактик, – говорит Райнхард Гензель, первый автор статьи в журнале Nature. – Этому может быть два объяснения. Во-первых, возможно, что в большинстве ранних массивных галактик преобладает обычное вещество, а темная материя играет гораздо менее значительную роль, чем в современной нам Вселенной. Во-вторых, диски ранних галактик, возможно, гораздо более турбулентны, чем у спиральных галактик, которые мы видим в нашем космическом окружении».

По-видимому, оба этих эффекта проявляются все в большей степени по мере того, как астрономы проникают все глубже и глубже внутрь ранней Вселенной. Получается, что спустя 3-4 миллиарда лет после Большого Взрыва газ в галактиках успел сконцентрироваться в плоские вращающиеся диски, а темная материя образовывала вокруг них сферические гало, гораздо более протяженные, чем гало вокруг нынешних галактик. И по-видимому прошли еще миллиарды лет, прежде чем темная материя сконденсировалась до такой степени, чтобы ее влияние стало сказываться на скоростях вращения внешних областей современных галактических дисков.

Такое объяснение согласуется и с тем, что, как показывают наблюдения, ранние галактики гораздо богаче газом и значительно компактнее, чем современные.

Шесть исследованных галактик принадлежат к большой выборке ста далеких галактических дисков с активным звездообразованием, изображения которых получены с приемниками KMOS и SINFONI на Очень Большом Телескопе ESO в обсерватории Параналь в Чили. В дополнение к описанным выше измерениям индивидуальных галактик, суммированием слабых сигналов от других галактик была получена средняя кривая их вращения, которая также показывает, что скорость вращения падает с увеличением расстояния от центров галактик. К тем же выводам привело и исследование 240 звездообразующих галактических дисков.

Детальное моделирование показывает, что в то время, как у современных галактик обычное вещество, как правило, составляет примерно половину массы, на самых больших красных смещениях оно полностью определяет динамику галактик.

Новый результат не ставит под сомнение тот факт, что темная материя является фундаментальным компонентом Вселенной и доминирует над обычным веществом по массе. Его значение в том, что темная материя на ранних этапах развития Вселенной была распределена в галактических дисках и вне их не так, как сейчас.

[Mega Torr]

https://www.youtube.com/watch?v=yLZjugA3i10
Загадка темной материи | Как устроена Вселенная (2016-2017)