Владимир Моисеев – Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя (страница 8)
5. Расчётные и наблюдательные данные верны, а неверна картина образования гало, предполагаемая в рамках модели CDM. Это означает необходимость изменения представлений о свойствах и природе тёмной материи.
Альтернативные объяснения
Предлагаются различные модификации темной материи:
— тёплая тёмная материя;
— самовзаимодействующая;
— мета-холодная;
— сильно аннигилирующая тёмная материя;
— ультралёгкая тёмная материя скалярного поля (обозначаемая также как сверхтекучая или нечёткая).
Некоторыми авторами высказывались предположения о необходимости модификации космологических параметров всей модели ΛCDM.
Наиболее радикальная точка зрения заключается в отрицании модели ΛCDM, в частности, существования тёмной материи как её основного постулата. Сторонники этой позиции предлагают в качестве альтернативы различные теории модифицированной гравитации.
Глава 11-1-23
Другие сложности в теории холодной тёмной материи
Существует еще несколько расхождений между предсказаниями модели холодной тёмной материи и наблюдениями галактик и их скоплений.
1. Проблема отсутствующих спутников (англ. the missing satellites problem): моделирование в рамках теории холодной тёмной материи предсказывает гораздо большее количество карликовых галактик, чем наблюдается вокруг галактик типа Млечного Пути.
По состоянию на май 2020 года, известно 59 карликовых галактик, которые могут являться спутниками Млечного Пути, не считая Магеллановых облаков, областей с повышенной плотностью звёзд в Большом Псе и Гидре, а также разрушаемых приливными силами Волопаса III и карликовой галактики в Стрельце. При этом далеко не все они действительно являются постоянными спутниками: по данным опубликованного в 2021 году исследования, скорость их движения, момент импульса и энергия указывают на то, что они взаимодействуют с Млечным Путём недостаточно долго (меньше 2 миллиардов лет), чтобы можно было говорить об устойчивом характере гравитационной связи.
Однако результаты моделирования предсказывают наличие порядка 500 карликовых галактик-спутников у Млечного Пути.
Для разрешения данной проблемы существуют две главные альтернативные модели. Одна из них заключается в том, что меньшие гало действительно существуют, но только часть из них становится видимой, поскольку оставшиеся не способны притянуть достаточное количество барионного вещества для создания наблюдаемой карликовой галактики. По данным наблюдения обсерватории Кека в 2007 году было открыто 8 ультраслабых карликовых спутника Млечного Пути, 6 из которых по оценкам на 99,9% состоят из тёмной материи (отношение масса-светимость достигает 1000). Другим решением проблемы может являться предположение о слиянии или приливном разрушении карликовых галактик крупными при сложной конфигурации взаимодействия. Приливное удаление вещества является проблемой для обнаружения карликовых галактик, поскольку в таком случае галактики обладают крайне низкой поверхностной яркостью и являются очень рассеянными, поэтому их практически невозможно наблюдать.
2. Проблема диска спутников: карликовые галактики вокруг Млечного Пути и Туманности Андромеды по наблюдательным данным обращаются в пределах тонких плоских структур, но моделирование показывает, что орбиты спутников должны быть ориентированы случайным образом.
3. Проблема морфологии галактик: если галактики растут иерархически, то для возникновения массивных галактик требуется много слияний. Крупные слияния создают классические балджи. Но 80% наблюдаемых галактик не имеют балджа, при этом существует много гигантских дисковых галактик без балджа. Доля галактик без балджа примерно постоянна в последние 8 млрд лет.
Для некоторых проблем были предложены решения, но пока остаётся непонятным, могут ли проблемы быть решены без отбрасывания парадигмы холодной тёмной материи.
Часть 11-2
Наблюдения темной материи
Содержание
Том – часть - глава
11-2-1. Физики предлагают новый взгляд на проблему поисков темной материи. Темное излучение. Справка
11-2-2. Астрономы обнаружили то, что может быть признаком аннигиляции темной материи
11-2-3. Аннигиляция темной материи Млечного пути может идти ускоренными темпами
11-2-4. Астрономы не нашли следов аннигиляции темной материи после 413 недель наблюдений
11-2-5. Распределение материи и гамма-лучей указало на аннигиляцию темной материи
11-2-6. Частицы типа аксиона не являются частицами темной материи, выяснили астрономы
11-2-7. Темная материя может быть равномернее распределена во Вселенной, чем считалось
11-2-8. Пик на графике рентгеновского фона Вселенной указывает на темную материю
11-2-9. Следы темной материи найдены в галактике Андромеды
11-2-10. Физик объяснил неудачи при регистрации темной материи отталкиванием
11-2-11. Астрофизики считают, что темная материя должна быть «идеально черной»
11-2-12. Найдена древняя галактика, переполненная темной материей
11-2-13. Новые расчеты сняли проблему аномальной галактики Dragonfly 44
11-2-14. Разрешена загадка распределения темной материи в галактиках
11-2-15. Темная материя может заставлять Вселенную светиться ярче
Глава 11-2-1
Физики предлагают новый взгляд на проблему поисков темной материи
Август 2015
Ученые считают, что частицы темной материи при столкновениях способны аннигилировать, подобно частицам нормальной материи, формируя так называемое «темное излучение». Если это правда, то мы получаем возможность регистрировать такое излучение. Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Большая часть массы во Вселенной остается непознанной. Однако, несмотря на то, что мы знаем о темной материи очень немного, общее её содержание довольно точно измерено. Другими словами, физики знают, что темная материя существует, но зарегистрировать её пока не могут.
Однако это может быть связано с узостью нашего мышления и линейностью подходов к поискам таинственной субстанции, считает Ян Шумейкер, обладатель ученой степени доктора философии и бывший научный сотрудник Центра космологии и феноменологии физики частиц и факультета Физики, химии и фармации Университета Южной Дании, в настоящее время проживающий в США. В новом исследовании ученый и двое его американских коллег исследуют проблему обнаружения темной материи и предлагают новый подход к её поискам, основанный на обнаружении не самих частиц темной материи, а продуктов их взаимодействия – темного излучения. Исследователи показывают в своей статье, что регистрацию темного излучения способен производить существующий эксперимент Large Underground Xenon (LUX) и отмечают, что полученные при помощи этой установки в будущем научные данные помогут подтвердить или исключить их гипотезу происхождения темной материи.
Комментарий
Темное излучение. Справка
Темное излучение (также темный электромагнетизм) — это постулируемый тип излучения, который опосредует взаимодействия темной материи. По аналогии с тем, как фотоны опосредуют электромагнитные взаимодействия между частицами в Стандартной модели (называемой барионной материей в космологии), темное излучение предлагается опосредовать взаимодействия между частицами темной материи.
Подобно частицам темной материи, гипотетическое темное излучение не взаимодействует с частицами Стандартной модели. Не было никаких заметных доказательств существования такого излучения; барионная материя содержит несколько типов взаимодействующих частиц, но неизвестно, есть ли они в темной материи.
Данные о космическом микроволновом фоне могут указывать на то, что число эффективных степеней свободы нейтрино превышает 3,046, что немного больше стандартного случая для трех типов нейтрино. Эта дополнительная степень свободы может возникнуть из-за наличия нетривиального количества темного излучения во Вселенной. Одним из возможных кандидатов на темное излучение является стерильное нейтрино.
Astronews, 21 августа2015
https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=7675
Журнал PhysicalReviewLetters. 2015
Ян Шумейкер, бывший научный сотрудник Центра космологии и феноменологии физики частиц и факультета Физики, химии и фармации Университета Южной Дании
Глава 11-2-2
Астрономы обнаружили то, что может быть признаком аннигиляции темной материи
Март 2016
Некоторые астрономы считают, что темная материя может иметь ещё одно общее с нормальной материей свойство, кроме способности к гравитационному взаимодействию: она может существовать в двух формах – материи и антиматерии – которые аннигилируют и испускают излучение высокой энергии при взаимодействии. В новом исследовании астроном из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра Дуг Финкбейнер и команда его коллег сообщают об обнаружении признаков аннигиляции темной материи. Статья вышла в журнале Physics of the Dark Universe.
Если аннигиляция темной материи действительно имеет место в природе, это значительно сужает круг возможных источников происхождения этой таинственной субстанции.