Учёные предложили объяснение гравитационного линзирования в Скоплении Пуля без тёмной материи
Учёные вновь пересматривают интерпретацию наблюдений за скоплением галактик Скопление «Пуля», которое долгое время считалось одним из наиболее сильных косвенных доказательств существования тёмной материи. Новое исследование международной группы, проведённое с использованием данных космического телескопа «Джеймс Уэбб», показывает, что наблюдаемые эффекты могут быть объяснены и без привлечения тёмной материи — в рамках альтернативной теории модифицированной ньютоновской динамики (MOND).
Скопление «Пуля» представляет собой результат колоссального столкновения двух скоплений галактик, произошедшего около 4 миллиардов лет назад. Эти структуры двигались навстречу друг другу со скоростью более 2500 км/с и содержат сотни галактик, каждая из которых включает миллиарды звёзд. Основная масса вещества в таких системах приходится не на звёзды, а на горячий межгалактический газ.
Во время столкновения газовые облака двух скоплений взаимодействовали напрямую, испытывая трение, нагрев и замедление. В результате они отделились от самих галактик, которые, напротив, практически свободно прошли сквозь друг друга из-за огромных расстояний между звёздами.
Именно эта разница в поведении компонентов системы сделала Скопление «Пуля» ключевым объектом для космологии. При наблюдениях с помощью рентгеновских телескопов газовые облака видны как два размытых региона излучения, расположенных относительно близко друг к другу, тогда как сами галактики оказываются смещены в стороны.
Особый интерес вызывает распределение массы, восстановленное по эффекту гравитационного линзирования — явлению, при котором массивные объекты искривляют траекторию света фоновых галактик. Согласно стандартной интерпретации, максимальное искривление наблюдается не в областях, где сосредоточен видимый газ, а в регионах, где видимого вещества недостаточно. Это расхождение и стало одним из главных аргументов в пользу гипотезы тёмной материи.
Как отмечает профессор Павел Крупа из Университета Бонна, ранее именно Скопление «Пуля» считалось почти прямым подтверждением существования тёмной материи, поскольку она должна взаимодействовать с обычной материей только гравитационно и не тормозиться при столкновениях.
Однако новая работа предлагает альтернативное объяснение. В рамках MOND, предложенной физиком Мордэхаем Милгромом, динамика гравитации на больших масштабах может отличаться от ньютоновской, что позволяет пересчитать распределение массы без введения невидимой компоненты.
Исследователи использовали новые данные телескопа «Джеймс Уэбб», которые позволили точнее оценить количество звёзд и тяжёлых элементов в системе. Особое внимание уделялось веществу, связанному с конечными стадиями эволюции массивных звёзд — нейтронным звёздам и чёрным дырам, которые, оставаясь невидимыми, обладают значительной массой и влияют на гравитационное линзирование.
По расчётам авторов, вклад таких компактных объектов может частично или даже полностью объяснить наблюдаемый эффект искривления света. В этом сценарии необходимость в значительных количествах тёмной материи уменьшается, а её предполагаемая доля в стандартной модели может быть пересмотрена примерно вдвое.
Таким образом, работа не утверждает окончательного опровержения тёмной материи, но демонстрирует, что наблюдения Скопления «Пуля» могут быть совместимы и с альтернативной гравитационной интерпретацией. Исследователи считают, что это делает MOND более жизнеспособной в контексте космологических наблюдений, чем предполагалось ранее.
Исследование в журнале Physical Review D.