Между частицами тёмной материи может существовать физическое взаимодействие неизвестного типа

Скопление галактик Мушкетная Пуля (DLSCL J0916.2+2951), свет от которого достигает нас после путешествия длиной в 5,23 млрд лет, представляет собой крупную группу галактик, образовавшуюся в результате слияния двух скоплений меньших размеров. А случилось это примерно за 700 млн лет до того момента, который мы видим сейчас в телескопы. Как полагает Уильям Доусон (William Dawson) из Калифорнийского университета в Дэвисе (США), именно это скопление может стать причиной пересмотра самой физики тёмной материи. Почему?

Розовым показан горячий газ, синим — тёмная материя. Заметен разрыв в их расположении внутри скопления Мушкетная Пуля. (Иллюстрация NASA, CXC, STScI, UCDavis, W.Dawson et al.)

Лишь 2% массы Мушкетной Пули представлено звёздами. Ещё 12% — это горячий межзвёздный газ, светящийся в рентгеновском диапазоне. И примерно 86% массы скопления приходится на тёмную материю (ТМ). Из-за такого распределения масс в двух скоплениях, что предшествовали Мушкетной Пуле, сами галактики, скорее всего, даже не сталкиваются, а проплывают через один регион пространства.

Предпринятое группой г-на Доусона изучение гравитационного линзирования Мушкетной Пулей света фоновых звёзд и галактик дало несколько неожиданный результат: между центрами тяжести тёмной материи скопления и его галактик в ходе столкновения предшественников образовался разрыв примерно в 19 000 световых лет. Теоретически же ТМ, как и галактики скоплений, должна была пройти через регион столкновения без особых помех. А на практике её движение явно тормозится неким неучтённым негравитационным фактором, из-за чего она постепенно «отстаёт» от барионной материи.

Причины «отставания», по мысли астронома, могут заключаться в том, что между частицами ТМ скоплений-предшественников происходит некое взаимодействие. Это противоречит современным взглядам на ТМ, согласно которым её частицы очень слабо взаимодействуют с чем бы то ни было. И это взаимодействие вполне может быть новым — дополнительным по отношению к известным четырём взаимодействиям (гравитации, электромагнетизму, слабому и сильному взаимодействию).

Ранее «новое взаимодействие» уже рассматривалось теоретикам, его даже пытались искать (безуспешно) на небольших ускорителях. Если работа группы Уильяма Доусона окажется точной в расчётах, то именно астрономам, а не физикам придётся отдать пальму первенства в наблюдательной фиксации нового типа взаимодействия, не являющегося пока частью разработанной физической теории.

Кроме того, неведомое взаимодействие, как полагают, может объяснить наблюдавшийся ранее загадочный эффект равномерного распределения ТМ в карликовых галактиках и звёздных скоплениях. Если ТМ действительно взаимодействует только через гравитацию, то она должна сконцентрироваться в ядрах таких образований, но на деле этого не случается. Если же некое взаимодействие между частицами ТМ возможно, то чрезмерная концентрация их в одной точке будет затруднительна, как это происходит, к примеру, с облаками горячего межзвёздного газа.

Исследователь пока очень осторожен в оценках. Вероятность существования нового взаимодействия частиц ТМ между собой г-н Доусон оценивает в 85%. «Это хорошие шансы для Лас-Вегаса, но учёные не могут делать окончательные заявления, всё ещё имея 15–20% вероятности того, что полученные результаты являются ошибкой измерений», — подчеркнул астроном. Чтобы подтвердить или опровергнуть факт существования такого взаимодействия, его группа занимается сейчас анализом других галактических скоплений.

Доклад был сделан 7 января на конференции Американского астрономического общества.

Подготовлено по материалам Wired.