Британские астрономы из Кембриджского университета впервые получили оценку температуры загадочной темной материи. Она нагрета примерно до 10 тысяч градусов - не слишком много по космическим меркам, но гораздо горячее, чем предполагалось ранее.
Темной материи во Вселенной примерно в 5 раз больше, чем обычной. Ее присутствие обнаруживают по гравитационному влиянию на обычную видимую материю - звезды, газ и пыль, собранные в галактики. Природа темной материи остается непонятной - она не испускает и не поглощает электромагнитного излучения и потому недоступна для прямых наблюдений. Однако темная материя играла ключевую роль в образовании самих галактик. Неоднородности ее распределения в пространстве стали зародышами, из которых впоследствии сформировались отдельные галактики.
Этот факт и положили в основу своей работы британские астрофизики. Они обратили внимание на отсутствие галактик меньше некоторого предельного размера. На самом пределе находятся карликовые галактики, к числу которых, например, принадлежат спутники нашего Млечного Пути и соседней Туманности Андромеды (M31).
Британские астрономы провели тщательные наблюдения 12 спутников Млечного Пути на телескопах системы VLT в Европейской Южной обсерватории в Чили. По доплеровскому эффекту были измерены скорости движения звезд и получены оценки массы карликовых галактик. По этим данным удалось определить скорость убегания для галактик, то есть скорость, обладая которой любой объект, будь то звезда или частица, может преодолеть тяготение галактики улететь в открытый космос. Для карликовых галактик скорость убегания оказалась около 10 км/с.
Как выяснилось, все наблюдавшиеся карликовые галактики содержат примерно одинаковое количество темной материи - около 30 миллионов солнечных масс. По мнению исследователей, это не случайное совпадение, а следствие тех условий, в которых образовывались галактики. Когда газ однородно заполняет пространство, он под действием собственного тяготения начинает распадаться на отдельные облака - это явление известно под названием неустойчивости Джинса. Размер фрагментов определяется соотношением температуры и плотности вещества. Видимо, состояние вещества в период, когда началось формирования галактик, как раз соответствовало образованию таких фрагментов.
Если данные о минимальной массе галактик позволяют оценить условия в начале их эволюции, то данные о скорости убегания дают возможность сделать грубую оценку температуры темной материи в наши дни. Если предположить, что ее частицы имеют массу молекул воды, то скорости 10 км/с соответствует температура порядка 100 тысяч градусов. Чтобы темная материя не улетучивалась из галактики, она должна быть примерно на порядок холоднее, то есть около 10 тысяч градусов. Это, конечно, не слишком много по космическим меркам, но в то тоже время во много раз больше, чем принято считать. Поэтому такую темную материю авторы называют теплой.
При нынешнем полном отсутствии данных о природе темной материи оценка ее температуры - это очень важный результат. На протяжении последнего десятилетия астрофизики предпочитали рассматривать модели с очень холодной темной материей, поскольку они дают великолепные результаты в объяснении структуры Вселенной, пишет журнал Nature.
Однако в последние годы астрономы стали увеличивать температуру темной материи в своих моделях, поскольку холодная темная материя приводит к образованию большого количества маленьких галактик и формированию очень плотных ядер у крупных галактик, что противоречит наблюдениям. Новые результаты - первое наблюдательное подтверждение того, что темная материя может оказаться теплой.
