[Перевод] Всем, кто ненавидит тёмную материю
Когда вы делаете открытие самостоятельно — даже если вы последний человек на Земле, увидевший истину — вы его никогда не забудете.
— Карл Саган
Когда мы рассуждаем о тёмной материи (ТМ) и её альтернативах, мы говорим, ни больше, ни меньше — о задаче объяснения структуры каждого крупного объекта Вселенной. А это каждая из миллиардов галактик, а также их формирование, объединение и группирование.
На самых крупных масштабах — на которых каждый пиксель карты выше представляет целую галактику — ТМ с лёгкостью превосходит всех конкурентов. Ни один из конкурентов ТМ и близко не подходит к её успеху в объяснении крупномасштабных структур Вселенной.
Но это не останавливает поток сенсационных заголовков. Мы по понятным причинам чувствуем себя неудобно из-за того, что не являемся самой важной вещью во Вселенной. Мы возражали против того, что Земля не является центром Вселенной, мы возражали против того, что Солнце — всего лишь средней руки звезда, мы возражали против того, что спиральные туманности в небесах оказались другими галактиками, схожими с нашей, и теперь мы возражаем против того, что все известное нам вещество Вселенной — протоны, нейтроны, электроны — значат относительно мало по сравнению с количеством ТМ во Вселенной.
И хотя ТМ пока остаётся единственной теорией, успешной на крупных масштабах — для галактических скоплений, сверхскоплений и нитей, флюктуаций микроволнового излучения, нуклеосинтеза Большого взрыва, гравитационного линзирования, и т.п. — её альтернативы выигрывают у неё в одном месте — в случае отдельных галактик.
В каком случае это так?
Это спиральная галактика NGC 6744, которую часто зовут близнецом Млечного пути. Она немного больше нашей, но согласно измерениям структуры нашей Галактики, включая перемычку и спиральные рукава, больше всего походит на нашу из всех изученных нами галактик.
Когда мы смотрим на спиральные галактики, мы видим взаимоотношение между скоростью вращения и расстоянием от центра. Это взаимоотношение очень простое, и лучше всего описывается эмпирической, феноменологической (то есть, вдохновлённой не физическими теориями, а данными) моделью, известной, как модифицированная Ньютоновская динамика (МОНД). К этой теории можно прийти разными путями, в том числе, постулировав наличие в космическом вакууме диэлектрической гравитационной среды.
Можно запихнуть в электрическое поле непроводящий материал, состоящий из позитивных (ядерных) и негативных (электроны) зарядов. Диэлектрик реагирует с электрическим полем, поляризуется и изменяет электрический потенциал пространства.
Эту аналогию можно было бы использовать для гравитации, если бы существовали отрицательные массы и некий гравитационный диэлектрик. Эта идея существует давно, и новая работа Драгана Гайдуковича [Dragan Hajdukovic] наделала много шума, заявив, что в роли негативной массы выступают виртуальные частицы антиматерии. И это могло бы объяснить, почему галактики выглядят именно так.
Конечно, необходимо было бы объяснить и всё остальное, что объясняет ТМ, и пришлось бы отказаться от нескольких важных вещей, в частности, принципа эквивалентности Эйнштейна. Не то, чтобы ТМ была панацеей — у неё всегда были проблемы с отдельными галактиками, с такими, как Млечный путь или NGC 6744.
Какие проблемы? Смоделировав формирование структур отдельных галактик, используя ТМ и нормальную материю в ожидаемых пропорциях, мы получаем некоторые проблемы.
Во-первых, для достижения большой яркости галактикам требуется много времени. Разглядывая прошлое Вселенной, мы видим очень яркие галактики — некоторые даже ярче сегодняшнего Млечного пути — и это когда Вселенной было всего 1–2 миллиарда лет! Считалось, что галактикам, напоминающим Млечный путь, на формирование требуется гораздо больше времени, а если они так давно стали такими яркими, у них просто закончится газ для формирования новых звёзд. Кроме того, все симуляции дают нам большие центральные утолщения, которые слишком велики и слишком ярки, чтобы объяснить их обычной тёмной материей, и не совсем подходящие структуры для появления спиральных рукавов.
Разве не было бы интересно, если бы мы решили эти проблемы, и объяснили галактики нашей Вселенной — разрешив последнюю большую трудность ТМ — без необходимости обращаться к альтернативам?
И вот, в 2011 году мы успешно вычислили, откуда берётся материал для формирования молодых звёзд в Млечном пути: это высокоскоростные межгалактические газовые облака! В среднем в Млечный путь ежегодно попадает масса газа, сравнимая с солнечной, пополняя резервы газа, используемого для формирования новых звёзд.
А что насчёт второй загадки, воспроизведения структуры Млечного пути?
Благодаря другому исследованию и новым симуляциям (на видео), мы успешно можем воссоздать галактику типа Млечного пути, используя модель тёмной материи! Успех!
Знаю, что кто-то всё равно останется при своём мнении, пока кусок тёмной материи не ударит его по лицу до слёз, но для ТМ эти открытия означают большой прогресс. Всё ещё есть достойные альтернативы, но им предстоит пройти долгий путь, чтобы сравняться с этой теорией.
И теперь, даже если моя родительская компания оскорбляет ТМ и рекламирует альтернативы, я говорю себе: «все ненавистники идут налево», и счастливо греюсь в лучах потрясающего успеха лучшей теории структур Вселенной: тёмной материи.
