Темная материя в молодой Вселенной

Кривые вращения галактик. Схематически представлены вращающиеся диски галактик ранней Вселенной (справа) и в настоящее время (слева). Credit: ESO

Темная материя почти отсутствовала в первых галактиках Вселенной, возникших после Большого Взрыва, или же она вела себя не так, как в их современных "сестрах", заявляют астрономы в статье, опубликованной в журнале Nature.

"Удивительно, но скорость вращения звезд и газа в этих галактиках не является одинаковой для их окраин и центра – она уменьшается при движении к их периферии. Это означает, что или в них доминировала обычная, а не темная материя, или же потоки газа в них были гораздо более активными и турбулентными, чем в их современных "кузинах", — заявил Райнхард Генцель (Reinhard Genzel) из Института внеземной физики Общества Макса Планка в Гархинге (Германия).

Темные движения

Достаточно долгое время ученые считали, что Вселенная состоит из той материи, которую мы видим и которая составляет основу всех звезд, черных дыр, туманностей, скоплений пыли и планет. Но первые наблюдения за скоростью движения звезд в близлежащих к нам галактиках в 70 годах прошлого века показали, что светила на их окраинах движутся в них с невозможно высокой скоростью, которая была примерно в 10 раз выше, чем показывали расчеты на базе масс всех звезд в них.

Причиной этого, как сегодня считают ученые, является так называемая темная материя – загадочная субстанция, на чью долю приходится примерно 75% от массы материи во Вселенной. Как правило, в каждой галактике примерно в 8-10 раз больше темной материи, чем ее видимой "кузины", и эта темная материя удерживает звезды на месте и не дает им "разбежаться".

Наблюдения за распределением темной материи по ближайшим и далеким от нас уголкам мироздания, проведенные при помощи наземных телескопов и зонда "Планк", указали на то, что темная материя могла обладать иными свойствами в прошлом. Более того, астрономы из МФТИ недавно предположили, что распад частиц темной материи мог влиять на то, как расширялась Вселенная в последние несколько миллиардов лет.

Генцель и его коллеги открыли еще одну странность в том, как темная материя была распределена и как она вела себя в далеком прошлом, наблюдая за далекими галактиками, возникшими всего через 3 миллиарда лет после Большого Взрыва, при помощи телескопа VLT в высокогорной обсерватории Параналь в Чили.

Двигатель космической юлы

В общей сложности команде Генцеля удалось обнаружить шесть крупных и ярких галактик, сопоставимых по массе с нашей Галактикой, и измерить скорость вращения звезд в них по тому, насколько сильно "растянуты" и "сжаты" линии водорода и некоторых других элементов в их спектре.

Ученых ожидал сюрприз – вместо равной скорости движения звезд на окраинах и в центрах галактик они увидели, что светила, находившиеся на окраинах этих шести древних "звездных мегаполисов", двигались заметно медленнее, чем звезды в их ядре. Как объясняет Генцель, это означает, что темной материи в них гораздо меньше, чем в современных галактиках.

Более того, дальнейшие наблюдения и теоретические расчеты показали, что в центральной части этих галактик фактически нет темной материи, или содержится ее крайне малое количество. Это открытие, с одной стороны, укладывается в другие наблюдения за ранней Вселенной, но, с другой стороны, оно указывает на то, что галактики сформировались раньше, чем в них скопилась темная материя, что не полностью соответствует текущим представлениям о ее поведении и распределении.

С другой стороны, ученые признают, что подобное отсутствие темной материи в галактиках могло быть просто локальной аномалией в распределении этой загадочной субстанции, или же "обычная" материя могла накопиться в ядрах галактик под действием иных сгустков темной материи, "выталкивавших" газ с периферии первых галактик Вселенной в их центральные регионы. В любом случае, для проверки всех этих теорий необходимо найти не шесть, а сотни таких странных галактик, заключают ученые.

Tags: Dark matter