Исследование предполагает, что темная материя все-таки может обладать столкновительными свойствами

Вопреки тому, что установлено стандартной моделью, темная материя действительно может быть самодействующей. К такому выводу пришли исследования, опубликованные в журнале Астрономия и астрофизика и проведен Риккардо Вальдарнини из группы астрофизики и космологии SISSA. Используя численное моделирование, исследование проанализировало то, что происходит внутри «Эль-Гордо» (буквально «Толстяк» по-испански), гигантского слияния кластеров в семи миллиардах световых лет от нас.

Расчеты показали, что в этом скоплении наблюдаемое физическое разделение между точками максимальной плотности темной материи и точками других компонентов массы можно объяснить с помощью так называемой модели SIDM (Self-Interacting Dark Matter) в отличие от стандартной модели. один. Это исследование вносит важный вклад в пользу модели SIDM, согласно которой частицы темной материи обмениваются энергией посредством столкновений, что приводит к интересным астрофизическим последствиям.

«Эль-Гордо»: гигантская космическая структура для изучения темной материи

«Согласно принятой в настоящее время стандартной космологической модели, нынешняя плотность барионной материи во Вселенной может составлять только 10% от общего содержания материи. Остальные 90% находятся в форме темной материи», — объясняет Вальдарнини, автор исследования. исследовать.

«Принято считать, что эта материя небарионна и состоит из холодных бесстолкновительных частиц, которые реагируют только на гравитацию. Отсюда и название «холодная темная материя» (CDM). Однако существует еще ряд наблюдений, которые еще не были подтверждены. объясняется с помощью стандартной модели», — говорит исследователь. «Чтобы ответить на эти вопросы, несколько авторов предлагают альтернативную модель, называемую SIDM».

Доказать столкновительные свойства темной материи и, в более общем плане, теории, альтернативные стандартной космологической модели, очень сложно. Он объясняет: «Однако на расстоянии многих световых лет от нас существуют уникальные лаборатории, которые могут оказаться очень полезными для этой цели. Это массивные скопления галактик, гигантские космические структуры, которые при столкновении определяют самые энергичные события со времен Большого Хлопнуть.

«При массе около 10¹⁵ солнечной массы, Эль-Гордо — одно из крупнейших известных нам скоплений галактик. Из-за своих особенностей Эль-Гордо стал предметом многочисленных исследований, как теоретических, так и наблюдательных».

Темная материя может быть столкновительной

Согласно стандартной парадигме, при слиянии скоплений поведение столкновительной газовой компоненты массы будет отличаться от поведения двух других компонент — галактик и темной материи. В этом случае газ рассеет часть своей первоначальной энергии.

«Вот почему после столкновения пик плотности массы газа будет отставать от пика темной материи и галактик», — объясняет Вальдарнини. Однако в модели SIDM следует наблюдать своеобразное явление, а именно физическое отделение центроидов темной материи — точек ее максимальной плотности — от центроидов других компонентов массы с особенностями, которые представляют собой истинную «подпись моделей SIDM». По наблюдениям, именно это и происходит внутри «Эль Гордо».

Наблюдение за Эль Гордо

«Давайте начнем с наблюдений», — объясняет Вальдарнини. Эль-Гордо состоит из двух массивных субскоплений, названных соответственно северо-западным (СЗ) и юго-восточным (ЮВ). На рентгеновском изображении скопления «Эль-Гордо» виден единственный пик рентгеновского излучения в субскоплении SE и два слабых хвоста, вытянутых за пределы рентгеновского пика. Примечательной особенностью является расположение пиков различных массовых компонентов.

В отличие от того, что можно увидеть в скоплении Пуля, еще одном важном примере сталкивающегося скопления, пик рентгеновского излучения предшествует пику темной материи SE. Более того, Галактика Ярчайшего скопления (BCG) не только отстает от рентгеновского пика, но и, по-видимому, пространственно смещена от центра масс ЮВ. Еще один примечательный аспект можно увидеть в скоплении NW, где пик плотности числа галактик пространственно смещен от соответствующего пика массы.

Результаты исследований позволяют предположить, что столкновительная темная материя может служить объяснением явлений, наблюдаемых в «Эль-Гордо».

Чтобы объяснить свои выводы и подтвердить модели SIDM, Вальдарнини использовал большой набор так называемых гидродинамических симуляций N-тел. Таким образом, он провел систематическое исследование, направленное на воспроизведение наблюдательных особенностей «Эль-Гордо».

«Наиболее важным результатом этого моделирования является то, что относительные расстояния, наблюдаемые между различными центроидами масс скопления Эль-Гордо, естественным образом объясняются тем, что темная материя взаимодействует сама с собой», — утверждает Вальдарнини.

«По этой причине эти результаты дают недвусмысленный признак поведения темной материи, которая проявляет столкновительные свойства в очень энергичном столкновении кластеров с высоким красным смещением. Однако есть несоответствия, поскольку значения сечения SIDM, полученные в результате этого моделирования, выше, чем представляют верхние пределы, которые имеют порядок единицы в масштабах кластера.

«Это говорит о том, что существующие модели SIDM следует рассматривать лишь как приближение низкого порядка, и что основные физические процессы, описывающие взаимодействие темной материи при крупных слияниях кластеров, более сложны, чем может быть адекватно представлено общепринятым подходом, основанным на рассеяние частиц темной материи.

«Исследование убедительно доказывает возможность самодействующей темной материи между сталкивающимися скоплениями в качестве альтернативы стандартной парадигме бесстолкновительной темной материи».