Исследователи из Великобритании предложили новый метод поиска темной материи в галактиках — по ее влиянию на плотные звездные скопления. Им удалось показать, что таким образом можно установить, как именно распределена темная материя в той или иной галактике — ближе к ее ядру, или же, напротив, на периферии. Соответствующая статья опубликована в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
С 1990-х годов прошлого столетия астрономы и физики активно ищут следы темной материи, без которой пока не получается объяснить наблюдаемую необычайно высокую скорость вращения внешних частей всех видимых галактик. Считается, что темная материя окружают каждую из таких галактик, и простирается заметно дальше ее видимого диска. Такая материя воздействует на «обычную» одним-единственным способом — тяготением. Гравитация «облака» из темной материи, в которую погружены все галактики, и заставляет, как считается, их внешние области крутится быстрее.
Однако эти общие соображения не могут прояснить деталей — как на самом деле распределена темная материя. Например, видимая, обычная материя везде сгруппирована близко к центру галактики — там ее плотность выше, а ближе к галактическим окраинам — ниже. Соблюдается ли это правило для темной материи — узнать очень сложно, поскольку галактики очень сложно устроены и точно отделить влияние видимой материи от темной не всегда возможно. Лучшее место, чтобы понять это — карликовые галактики, где доля видимой материи (газа и звезд), по расчетам, меньше, чем в обычных галактиках, типа нашей, а темной, соответственно — много выше.
Астрономы применили новую методику к ультратусклой карликовой галактике Эридан II, лежащей в 1,2 миллионах световых годах от Земли. В ней есть одиночное звездное скопление, находящееся в 140 световых годах от центра данной галактики. Звездные скопления состоят из светил, расположенных так близко друг к другу, что их гравитационное взаимодействие постепенно «расталкивает» все эти светила в разные стороны. Из-за этого скопление медленно расширяется. Авторы — первыми в научной литературе — отметили, что скорость этого расширения регулируется еще и гравитационным воздействием, которое оказывает на скопление окружающая темная материя галактики. Поэтому они предложили изучить ее распределение в Эридан II, оценивая ее влияние на эволюцию одиночного звездного скопления в 140 световых годах от центра галактики.
Исследователи провели математическое моделирование двух сценариев эволюции упомянутого звездного скопления. В одной из моделей темная материя, как и обычная, имела пик плотности в центре. В другом — была распределена равномерно. Затем модели запустили и «прогнали» через 7,3 миллиарда лет симулированной эволюции (древность галактики Эридан II не меньше этой цифры).
Оказалось, что в первом варианте гравитация плотного сгустка темной материи в центре карликовой галактики со временем неизбежно выкидывает упомянутое звездное скопление далеко прочь — на расстояние не менее 3 260 световых лет от центра. Кроме того, траектория его вращения вокруг центра галактики заметно отличалась бы от наблюдаемой. Второй вариант позволял скоплению существовать примерно там же, где оно находится сейчас.
Из этого авторы делают вывод, что как минимум в галактике Эридан II темная материя сосредоточена совсем не так, как обычная — без пика плотности в центре. Если такой же результат, благодаря новой методике поиска скоплений темной материи, даст и изучение других галактик, то можно будет сделать важные выводы о природе самой темной материи. Что-то должно объяснять тот факт, что она не имеет «склонности» концентрироваться в центре галактики — возможно, это «что-то» связано с какими-то особенностями ее физической природы или того, как она взаимодействует с обычной материей.