Выходцы из России нашли «видимую» замену темной материи

0

Необычно высокая скорость движения звезд на окраинах галактик может объясняться не наличием загадочной «темной материи», а тем, что фотоны, частицы света, потенциально имеют ненулевую массу. К такому выводу пришил российские физики, работающие в Германии и США, опубликовавшие статью в Astrophysical Journal.

«Мы показали, что даже если масса фотонов будет ниже, чем текущий предел, полученный экспериментальным путем, то тогда их взаимодействия с материей будут порождать силу, которой хватит для объяснения аномалий в скорости вращения звезд вокруг центра Галактики. Это очень интересный результат», — рассказывает Дмитрий Будкер из университета Гутенберга в Майнце (Германия).

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 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 светил в них.

Причиной этого, как сегодня считают ученые, была 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".

Ее безуспешные поиски в последние два десятилетия заставили многих теоретиков искать альтернативные формы этой субстанции, к примеру аксионы, сверхлегкие частицы, похожие по массе и свойствам на нейтрино. Их первые поиски тоже завершились безрезультатно, что делает эту невидимую субстанцию еще более загадочной.

Будкер и его коллеги нашли неожиданную замену для темной материи — вполне видимые частицы света, фотоны, изучая то, как поменяется облик Галактики, если эти обитатели микромира не были бы безмассовыми переносчиками электромагнитных взаимодействий, как сейчас считают теоретики, а имели крайне малую, но массу.

В таком случае, как отмечают теоретики, поведение фотонов будет описываться не классическими уравнениями Максвелла, а их расширенной версией, описывающей поведение других переносчиков фундаментальных сил природы, W и Z-бозонов. Используя эти формулы, выходцы из России просчитали то, как "новые свойства" фотонов будут влиять на поведение звезд и газа в Млечном Пути.

Как оказалось, внутри Галактики возникнет центростремительная сила, которая будет толкать газ в сторону ее ядра и заставлять его двигаться быстрее, чем при ее отсутствии. При определенной конфигурации "общегалактических" магнитных полей она будет достаточно сильной для того, чтобы объяснить необычную скорость движения звезд на окраинах Млечного Пути.

Вдобавок, ученые выяснили, что малые и крупные звезды в подобной вариации Галактики будут вести себя не совсем так, как во Вселенной с безмассовым фотоном. При этом они будут отличаться друг от друга сильнее, чем в "нашей" реальности из-за того, что аномалии будут почти не заметны для светил размером с Солнце, но будут особенно сильно проявляться для звезд-гигантов.

Эти различия связаны с тем, что "новая" сила, как показали расчеты Будкера и его коллег, будет сильнее всего влиять на движение разреженных облаков газа и короткоживущих крупных светил, не успевающих сильно изменить скорость движения до своей смерти.

При этом она почти не будет сказываться на звездах размером с Солнце, способных просуществовать несколько миллиардов лет — на манеру их движения будет сильнее всего влиять классическая гравитация, а не электромагнитные взаимодействия. Ее действие на них будет выражаться в том, что орбиты таких светил должны стать не круговыми, а эллиптическими.

«В реальности, конечно, мы пока не открыли ни одной звезды размером с Солнце, которая бы двигалась таким образом. Поэтому мы считаем, что наша теория объясняет не все, а лишь часть аномалий, связываемых сегодня с темной материей. В любом случае, нам не следует отбрасывать подобные гипотезы до того, как мы поймем, что в реальности представляет эта субстанция», — заключает физик.