Темная материя взаимодействует сама с собой — вывод ученых дает путь к новой физике
Вопреки Стандартной модели, темная материя может быть самовзаимодействующей. К такому выводу пришли ученые Международной школы перспективных исследований (Италия), свои результаты они опубликовали в Astronomy & Astrophysicals. Используя компьютерное моделирование, авторы проанализировали то, что происходит внутри Эль-Гордо («Толстяк» по-испански), гигантского скопления галактик в семи миллиардах световых лет от нас.
Расчеты показали, что общепринятая Стандартная модель физики не объясняет наблюдаемое в этом скоплении различие между точками максимальной плотности темной материи и других массивных компонентов. Зато может объяснить так называемая модель SIDM (Self-Interacting Dark Matter), согласно которой частицы темной материи обмениваются энергией посредством столкновений.
«Принято считать, что темная материя состоит из холодных, ни с чем никогда не сталкивающихся, не взаимодействующих, частиц, которые реагируют только на гравитацию. Однако существует ряд наблюдений, которые не объясняются с помощью Стандартной модели», — объясняет Риккардо Вальдарнини, руководитель исследования.
Доказать «столкновительные» свойства темной материи и теорию SIDM очень сложно. Однако на расстоянии многих световых лет от нас существуют уникальные «лаборатории», которые могут оказаться очень полезными для этой цели — массивные скопления галактик. Эль-Гордо с массой около 10 в 15 степени солнечных масс — одно из крупнейших известных таких скоплений.
Согласно Стандартной модели, при слиянии скоплений галактик поведение газа, который составляет часть общей массы, будет отличаться от двух других компонент — темной материи и относительно плотных структур самих галактик: газ рассеет часть своей первоначальной энергии. Вот почему после столкновения самые плотные участки газа будут меньше относительно самых плотных областей темной материи и галактик.
Эль-Гордо состоит из двух массивных субскоплений, северо-западного (СЗ) и юго-восточного (ЮВ). Оказалось, что в ЮВ пик рентгеновского излучения, которое в скоплениях галактик связано с горячим галактическим газом, в наблюдениях больше пика темной материи. Центр плотности темной материи в ЮВ смещен относительно центра масс. В СЗ самая большая плотность галактик находится не там же, где центр масс.
Компьютерное моделирование показывает, что существующее положение вещей может быть объяснено только, если темная материя взаимодействует сама с собой.
Однако есть несоответствия и модели SIDМ — активность темной материи получилась выше, чем предполагает эта теория.
«Это говорит о том, что существующие модели SIDM следует рассматривать лишь как приближение, и что основные физические процессы, описывающие взаимодействие темной материи при крупных слияниях кластеров, более сложны, чем может быть адекватно представлено подходом, основанным на рассеянии частиц темной материи. Исследование убедительно доказывает возможность существования самовзаимодействущей темной материи в качестве альтернативы Стандартной модели с ее абсолютно холодной темной материей», — отметил Вальдарнини.
