Կոմպոզիցիոն տեսարան ՝ հոյակապ գալակտիկ Կենտաուրուս Ա – ի ՝ Կաթնային ճանապարհի ամենամոտ ակտիվ գալակտիկայի մասին: Այս գալակտիկայի շուրջ չափվել է 16 արբանյակային գալակտիկա, որոնցից 14-ը հայտնվել են պառկած միմոլորակային պտտվող ինքնաթիռի մեջ ՝ չհիասթափելով սառը մութ նյութերի սիմուլյացիաների միամիտ սպասելիքից: Պատկերի վարկ. ESO / WFI (օպտիկական); MPIfR / ESO / APEX / A.Weiss et al. (Submillimetre); NASA / CXC / CfA / R.Kraft et al. (Ռենտգեն):

Արբանյակային գալակտիկաները ապրում են նույն ինքնաթիռում, ինչպես իրենց հյուրընկալողները ՝ հերքելով մութ կարևոր կանխատեսումները

Բայց արդյո՞ք սա իսկապես խնդիր է տեսության համար: Թե՞ դա փրկությունն է ֆիզիկա:

Մութ նյութը ժամանակակից ֆիզիկայում առաջ բերելու ամենաուժեղ, բայց ամենաաղմկահարույց գաղափարներից մեկն է: Մենք տեսնում ենք անվիճելի ապացույցներ այն մասին, որ Տիեզերքում առկա նորմալ նյութը, որը կազմված է պրոտոններից, նեյտրոններից և էլեկտրոններից, չի կարող ինքնուրույն բացատրել գրավիտացիոն էֆեկտների ամբողջական փաթեթը: Հատուկ հատկություններով զանգվածի լրացուցիչ աղբյուր ավելացնելը ՝ մութ նյութը, գրավիտացիայի գրեթե բոլոր կանխատեսումները բերում է մեր տեսածին համապատասխան: Սակայն մութ նյութի կանխատեսումներից մեկն այն է, որ փոքր, գաճաճ, արբանյակային գալակտիկաները պետք է ձևավորվեն մեծ գալակտիկաների շուրջը: Այնուամենայնիվ, Ծիր Կաթինի, Անդրոմեդայի և այժմ Կենտավրոս Ա-ի շրջակայքում նրանք ապրում են ոչ թե դադարի, այլ սկավառակի մեջ: Հետազոտողները, որոնք կատարեցին վերջին ուսումնասիրությունը, պնդում են, որ սա սառը մութ նյութի (CDM) տիեզերագիտության ստանդարտ պատկերների հիմնական մարտահրավերն է: Բայց արդյո՞ք դա այդպես է: Պարզելը պահանջում է խորը տեսք:

Տիեզերքի մանրամասն հայացքը ցույց է տալիս, որ այն պատրաստված է նյութից և ոչ թե հակաթույնից, որ մուգ նյութը և մութ էներգիան պահանջվում են, և որ մենք չգիտենք այս խորհրդավորություններից որևէ մեկի ծագումը: Պատկերային վարկ. Քրիս Բլեյք և Սեմ Մոորֆիլդ:

Երբ դուք ունեք մի տեսություն, որը համոզիչ է, պարզ, լուծում է մի շարք խնդիրներ, բայց որի հիմնարար կանխատեսումը կարող է հայտնաբերվել միայն անուղղակիորեն, պարտադիր է ունենալ օրեր: Տիեզերական գնաճը, օրինակ, բացատրում է մեր Տիեզերքի ծագումը, բայց միայն դրա մնացորդային հետևանքները կարելի է տեսնել այսօր: Մութ էներգիան հիանալի բացատրում է Տիեզերքի արագացված ընդարձակումը, բայց դրա հիմքի հետաքննության հայտնի միջոց չկա: Եվ մութ նյութը, հուսախաբորեն, բացատրում է տիեզերական դիտումների մի ամբողջ փաթեթ ՝ սկսած անհատական ​​գալակտիկաների դինամիկայից մինչև լայնածավալ տիեզերական ցանց, մինչև Մեծ Բանգի մնացորդային փայլի տատանումները: Բայց ոչ ոք երբևէ ուղղակիորեն չի հայտնաբերել մութ նյութի մասնիկը: Հավանաբար, ոչ ոք նույնիսկ չի մոտենում: Այնուամենայնիվ, դա չի նշանակում, որ մութ նյութը իրական չէ. դա նշանակում է, որ մենք պետք է չափազանց զգույշ լինենք մեր վերլուծություններում:

Համաձայն մոդելների և սիմուլյացիաների ՝ բոլոր գալակտիկաները պետք է ներկառուցված լինեն մուգ նյութերի հալոներով, որոնց խտությունները գագաթնակետային կենտրոններում են: Այնուամենայնիվ, ակնկալվում է, որ առկա են մեծ թվով ենթահալո ցանքեր, որոնք ներսում թաքնվում են մանրանկարչություն գալակտիկաներ: Դրանց բաշխումը պետք է լինի հալոի նման, այլ ոչ թե սկավառակի նման: Պատկերային վարկ. NASA, ESA և T. Brown և J. Tumlinson (STScI):

Արբանյակային գալակտիկայի խնդիրը իսկական խառնաշփոթ է, քանի որ ներգրավված է բարդ բարդ ֆիզիկա: Երբ մութ նյութի սիմուլյացիա եք իրականացնում, դա համընդհանուր առանձնահատկություն է, որ ժամանակի ընթացքում դուք ստեղծում եք մուգ նյութի մեծ հալոցներ, որոնք միաձուլվում են միմյանց հետ ՝ համապատասխանելով այն մեծ պարույրաձև և էլիպսաձև գալակտիկաներին, որոնք մենք այսօր գիտենք: Բայց դրանց շրջապատում ավելի փոքր ենթաալաներ են, որոնք սիմուլյացիաներով երևում են մեծ գալակտիկայի շուրջ բոլոր կողմնորոշումներին: Գործնականում, այնուամենայնիվ, փոքր, արբանյակային գալակտիկաները, որոնք մենք իրականում տեսնում ենք, հայտնվում են ինքնաթիռում. Նույն ուղեծրային ինքնաթիռը, որի հիմնական գալակտիկայի սկավառակը գտնվում է:

Թզուկ գալակտիկական գալակտիկաները, որոնք գտնվել են Կենտավրոս A- ի շուրջ ուղեծրով, ցույց են տալիս հստակ կողմնորոշում գալակտիկայի ինքնաթիռում, ինչը CDM տեսությունների բացատրությունն է: Պատկերային վարկ. O. Muller et al., Science 359, 6375 (2018):

Ավելին, մինչ միամիտ ակնկալիքն այն է, որ այս գաճաճ գալակտիկաները նույնպես պատահական շարժումներ կցուցադրեն, այն, ինչ մենք դիտում ենք, ցույց է տալիս նշանակալի ապացույցներ այն մասին, որ այդ արբանյակները միասին պտտվում են հիմնական գալակտիկայի հետ: Սա առաջինը գտնվեց Կաթնային ճանապարհի և Անդրոմեդայի համար, և նոր հետազոտությունները ցույց են տալիս, որ դա ճիշտ է նաև Կենտավրուս Ա – ի համար, 16 հայտնաբերված 16 արբանյակային գալակտիկաներից 14-ը հայտնվել են կենտրոնացման գալակտիկայի հետ միասին:

Կամ ինչ-որ բան թաքցնում է այդ halos- ներին, ինչ-որ բան սխալ է սիմուլյացիաների հետ, կամ ինչ-որ բան ամբողջովին հաշվի չի առնում մութ նյութը: Եկեք դիտարկենք հնարավորություններից յուրաքանչյուրը:

Միայն մոտ 1000 աստղեր ներկա են գաճաճ գալակտիկական գալակտիկաների Segue 1 և Segue 3 ամբողջությամբ, որոնք ունեն գրավիչ զանգված 600,000 արև: Այստեղ պտտվում են Segue 1 գաճաճ արբանյակային արբանյակը կազմող աստղերը: Պատկերային վարկ. Marla Geha և Keck Observatories.

1.) Այս halos- ը իրական է, բայց արտաքին սկավառակի գաճաճ արբանյակները շատ դժվար է տեսնել: Անհետ կորած արբանյակային խնդիրը տիեզերագիտության մեջ վաղեմի խնդիր է, քանի որ CDM- ի մոդելավորումը վաղուց ցույց է տալիս շատ ավելի գաճաճ գալակտիկաներ մեծ գալակտիկաների շուրջ, քան մենք ենք հայտնաբերել: Վերջերս հայտնաբերվել են ծայրահեղ գաճաճ գալակտիկաների զգալի թվով թվեր, հիմնականում ՝ մոտակայքում: Դրանք ավելի թեթև են, քան նույնիսկ Կաթնային ճանապարհում հայտնաբերված բաց աստղային կլաստերները, որոնցից շատերը պարունակում են միայն հարյուրավոր աստղեր, չնայած արևի հարյուր հազարավոր արևի զանգվածների մուգ նյութերի զանգվածներին: Այնուամենայնիվ, սա լիովին չի բացատրում կողմնորոշման խնդիրը, քանի որ ինքնաթիռը իրական է թվում:

Ավելին, այն փաստարկը, որ այդ թզուկները թաքնվելու են, պետք է տարածվեր միայն Կաթնային ճանապարհի վրա, քանի որ միայն նրա ինքնաթիռը կթափի արբանյակները: Centaurus A- ի և Andromeda- ի արբանյակների դիտարկումը կարծես թե հանգստացնում է: Կան փաստարկներ այն մասին, թե արդյոք դիտարկված բոլոր ինքնաթիռները դինամիկ կայուն են երկար ժամանակահատվածների միջև, բայց չի երևում, որ փոքրիկ, անհայտ կորած թզուկները կարող են բացատրել գծապատկերների անսպասելի հավասարեցումը:

Լայնածավալ պրոյեկտումը Illustris- ի ծավալի միջոցով z = 0, կենտրոնացած է առավել զանգվածային կլաստերի վրա, 15 Mpc / ժամ խորության վրա: Shույց է տալիս մուգ նյութի խտությունը (ձախ) `անցնելով գազի խտությանը (աջ): Տիեզերքի լայնածավալ կառուցվածքը հնարավոր չէ բացատրել առանց մութ նյութի, չնայած գոյություն ունեն ծանրության փոփոխված բազում փորձեր: Սակայն փոքր մասշտաբի կառուցվածքները հաճախ խնդիրներ են առաջացնում մուգ նյութերի սիմուլյացիայի համար: Պատկերային վարկ. Illustris Համագործակցություն / Illustris Simulation.

2.) Սիմուլյացիաները, որոնք կանխատեսում են արբանյակների նման հալո բաշխումը, անթերի են: Սա հավանական բացատրություն է, որը պետք է շատ լուրջ վերաբերվել: Գալակտիկական էվոլյուցիայի մեջ կան շատ մեծ թվով գործընթացներ, ներառյալ փոքր գալակտիկաների միաձուլումը `ավելի մեծերը կառուցելու համար, այս գալակտիկաների վրա նյութ ներմուծելը և տիեզերական թելերի երկայնքով մուգ և նորմալ նյութերի հոսքերը: Հայտնի է, որ այս թելիկները գործում են որպես գալակտիկական մայրուղի, որը փոքր գալակտիկաներ է ձգում ավելի մեծերի վրա ՝ միլիարդավոր տարիների ընթացքում: Բացի այդ, կան աստղի ձևավորման հետադարձ կապի հետևանքներ, և գազի, պլազմայի և ճառագայթահարվածության փոխազդեցությունը կարող է դեր ունենալ, որը լավ չի հաշվարկված ստանդարտ CDM սիմուլյացիաներում: Հալոյի նման բաշխումը կարող է ընդհանուր հատկություն չլինել, ի վերջո, երբ բոլոր այս ֆիզիկական հետևանքների համար են հաշվարկվում:

Ինչպես երևում է տեսանելի լույսի ներքո, Centaurus A գալակտիկան կարծես սկավառակի վրա գերակշռող և էլիպսաձև գալակտիկայի խառնուրդ է: Այն ուղեծիր արբանյակի վերաբերյալ դիտողությունները, այնուամենայնիվ, մարտահրավեր են նետում սովորական CDM- ի բացատրությանը ՝ անկախ նրանից, թե ինչպես եք այն կտոր տալիս: Պատկերի վարկ. Christian Wolf & SkyMapper Team / Ավստրալիայի ազգային համալսարան:

3.) Ինչ-որ բան սխալ է հենց մութ նյութի գաղափարի հետ: Այնուամենայնիվ, վերը թվարկված ֆիզիկական հետևանքների հարաբերական կարևորությունը, սակայն, բուռն քննարկվում է: Ինչպես նշում են նոր թերթի հեղինակները. «Թեև մենք գտնում ենք, որ [Կենտավրոս] Ա արբանյակների կինեմատիկան հազիվ թե պատահի, բայց դա անմիջապես մեզ թույլ չի տալիս եզրակացություններ անել դրա համաձայնության վերաբերյալ [ցուրտ մութ նյութից] կանխատեսումներից: ] տիեզերագիտություն » Ժամանակակից սիմուլյացիաները չեն կարող վերարտադրել գալակտիկաների, ինչպիսիք են Կենտավրուս Ա – ը, Կաթնային ճանապարհը և Անդրոմեդան, և ներկայիս թերթի հեղինակները պնդում են, որ այդ լարվածությունը, հետևաբար, այլընտրանք է մութ նյութի բացատրությանը: Հեղինակների կարծիքով, հնարավոր է, որ այդ արբանյակները բխեն պատմական խոշոր միաձուլումից երկու համեմատաբար չափի գալակտիկայի միջև: Սա նույնպես շատ քննարկվող, բայց հետաքրքիր հնարավորություն է:

Գալակտիկայի միաձուլումները սովորական են, և ժամանակի շարունակության հետ մեկտեղ ՝ խմբակային և կլաստերներում գրավիտացիոն բոլոր գալակտիկաները, ի վերջո, միաձուլվում են մեկ գալակտիկայի մեջ ՝ յուրաքանչյուր պարտադիր կառուցվածքի հիմքում: Երբ խոշոր միաձուլումներ են լինում, արդյունքը հաճախ հսկա էլիպսաձև է, բայց ոչ ոք հաստատ չէ, թե ինչ է տեղի ունենում այնքան ժամանակ, որքան գնում են գաճաճ արբանյակային գալակտիկաները: Պատկերային վարկ. A. Gai-Yam / Weizmann Inst. գիտության / ESA / NASA.

Յուրաքանչյուր հեռանկար ունի դրան աջակցելու ապացույցներ, բայց միանգամայն պարզ է, որ բոլոր, բայց շատ փոքր արբանյակների նման հալո-բաշխման կանխատեսումը չէ այն, ինչ Տիեզերքը տալիս է մեզ: Երեք խոշոր գալակտիկայի համար `ներկայում` Կաթնային ճանապարհը, Անդրոմեդան և Կենտավրուս Ա-ն, դիտորդական փաստերը ցույց են տալիս, որ գաճաճ արբանյակային գալակտիկաները հայտնվում են այդ մեծերը շրջապատող ինքնաթիռում: Ավելին, ապացույցներ կան, որ այդ գաճաճ գալակտիկաները շարժվում են մեծ գալակտիկայի պտույտի հետ միասին: Այնուամենայնիվ, երբ նայում եք մերձակա Տիեզերքին, դերակատարման մի կարևոր գործոն կա. Այդ գալակտիկաների վրա կան նաև նյութի տեղական հոսքեր, ինչպես նորմալ, այնպես էլ մութ: Եթե ​​կա մի արտոնյալ ուղղություն, թե ինչպես է նյութը ընկնում այդ գալակտիկաների մեջ, ապա պետք է լինի արտոնյալ ուղղություն այն գաճաճ արբանյակներին, որոնք կապում են իրենց:

Գծապատկերում ներկայացված են գալակտիկաների ներկայիս հոսքը `հոսքը երկայնքով տիեզերական մայրուղով և Կույսի կամուրջով, Կաթնային ճանապարհի, Անդրոմեդայի և Կենտավրոսի շրջակայքում: Պատկերային վարկ.« Արբանյակային գալակտիկայի ինքնաթիռները և տիեզերական ցանցը: , 'Noam Libeskind et al., 2015:

2015-ին Նոամ Լիբեշկինդի գլխավորությամբ մի թիմ հայտնաբերեց այս ճշգրիտ արդյունքը: «Սա առաջին անգամ է, որ մենք դիտորդական ստուգում ենք ստացել այն մասին, որ խոշոր թելադրանքով գերծանրքաշային մայրուղիները թզուկ գալակտիկաներ են ուղարկում տիեզերքում մուգ նյութի հիանալի կամուրջների երկայնքով», - ասում էր Լիբեսկինը: Այժմ, գրեթե երեք տարի անց, պատկերը հաստատվում է ավելի լավ տվյալներով ՝ նույնիսկ ավելի մեծ ճշգրտությամբ: Լրացուցիչ նշաններ չկան, որ մութ նյութը քիչ թե շատ հավանական է, քան նախկինում էր այս նոր ուսումնասիրությունից: Այնուամենայնիվ, ներկայիս թիմը ավելի թերահավատորեն է վերաբերվում CDM- ին ընդհանուր առմամբ և ավելի հակված է որոնել այլընտրանքային բացատրություններ, ինչպիսիք են հիմնական միաձուլումները, ինքնաթիռային արբանյակների ծագման համար:

Չորս բախվող գալակտիկական կլաստերներ, որոնք ցույց են տալիս ռենտգենյան ճառագայթների (վարդագույն) և ձգողականության (կապույտ) միջև տարանջատումը ՝ մուգ նյութի նշան: Խոշոր մասշտաբների դեպքում անհրաժեշտ է CDM, բայց փոքր մասշտաբների դեպքում այն ​​ինքնին այնքան էլ հաջող չէ, որքան ցանկանում ենք: Պատկերային կրեդիտ. Ռենտգեն: NASA / CXC / UVic. / A.Mahdavi et al. Օպտիկական / Ոսպնյակներ ՝ CFHT / UVic. / A Մահդավի et al. (վերին ձախ); Ռենտգենյան ճառագայթներ ՝ NASA / CXC / UCDavis / W.Dawson et al .; Օպտիկական. NASA / STScI / UCDavis / W.Dawson et al. (վերևից աջ); ESA / XMM-Newton / F: Գաստալդելո (INAF / IASF, Միլանո, Իտալիա) / CFHTLS (ներքևի ձախ); Ռենտգենյան ճառագայթներ ՝ NASA, ESA, CXC, M. Bradac (Կալիֆորնիայի համալսարան, Սանտա Բարբարա) և Ս. Ալեն (Ստանֆորդի համալսարան) (ներքևի աջ):

Իրվինում, Կալիֆոռնիայի համալսարանի ուսման համակարգող Մարսել Պավլովսկու հետ հարցազրույցում նա պատմեց հետևյալը.

«Մեծ մասշտաբների մասում [CDM] իսկապես հաջողակ է: Կարծում եմ, որ, ընդհանուր առմամբ, մենք պետք է ավելի բազմազան դառնանք մեր մոտեցումներում: MOND- ը, մյուս կողմից, շատ հաջողակ է կանխատեսում փոքր մասշտաբի դինամիկան: Ես իսկապես ոգևորված եմ երկուսի հաջողությունները համատեղող հնարավորություններով: Գերհագեցած մուգ նյութը այդպիսի հետաքրքիր հնարավորություններից է, որը ձեզ հնարավորություն է տալիս մութ նյութի լայնածավալ հաջողություններ ունենալ, բայց նաև վերարտադրում է MOND ազդեցություն փոքր մասշտաբների վրա: Կարծում եմ, որ մենք պետք է հետագայում խրախուսենք և ուսումնասիրենք այդ հնարավորությունները: Չեմ կարծում, որ մենք պետք է հրաժարվենք ոչնչից, բայց կարծում եմ, որ դաշտը պետք է հետապնդի այս այլընտրանքային մոտեցումները »:

Այնուամենայնիվ, ճիշտ այնպես, ինչպես հայտնաբերումը, որ ծանր տարրերը աստղերում են արվել, այլ ոչ թե վաղ տիեզերքը, չի անվավեր ճանաչել Big Bang- ը, հնարավոր է, որ երկու մրցակցային հեռանկարները երկուսն էլ ճիշտ լինեն: Հնարավոր է, որ բարիոնային, գալակտիկայի արտադրող նյութը անցնում է գալակտիկաների վրա թելային անցուղիներով, որ CDM- ն պատասխանատու է Տիեզերքի լայնածավալ կառուցվածքի և առանձնահատկությունների համար, ինչպես նաև, որ այդ գաճաճ արբանյակները բխում են հենց խոշոր միաձուլումից, այլ ոչ թե կանխատեսումներից: CDM- ից: Եթե ​​դա այդպես լիներ, մենք լիովին ակնկալում էինք, որ «ցնցումների» գալակտիկաների գերակշռում են բարիոնները, այլ ոչ թե մութ նյութը: Հետաքրքիրն այն է, որ գաճաճ արբանյակային գալակտիկաները ցույց են տալիս խառնուրդը. Որոշ դեպքերում արդյունքները համամիտ են CDM- ի կանխատեսումների կանխատեսման հետ, իսկ մյուսներում ՝ CDM- ի կանխատեսումները, ըստ երևույթին, կոպիտ գերագնահատում են մուգ նյութի զանգվածը: Միասնական մոդելը, որը դիտարկվում է դիտորդների ամբողջ կազմի համար, դեռևս խուսափում է մեզանից:

Տարբեր լուսանկարներ `Կաթնային ճանապարհի և Անդրոմեդա գալակտիկաների միաձուլման մոդելավորումից: Երբ նմանատիպ խոշոր միավորում է տեղի ունենում, հնարավոր է, որ մեծ քանակությամբ բեկորներ սկսվեն, ստեղծելով արբանյակային գալակտիկաներ, որոնց գերակշռում են նորմալ նյութերը: Պատկերային վարկ ՝ NASA, ESA, Z. Levay, R. van der Marel, T. Hallas և A. Mellinger:

Ուրեմն ո՞վ է ճիշտ: Քանի որ սիմուլյացիաները ավելի լավն են դառնում ավելացնել լրացուցիչ դինամիկա, ինչպիսիք են մութ նյութը / ճառագայթահարումը / նորմալ նյութի փոխազդեցությունը, աստղերի ձևավորման հետադարձ կապը, տեղական յուրահատուկ արագության հետևանքները և այլն, դրանք ավելի լավ են համընկնում դիտարկումների հետ, բայց դեռևս կատարյալ և, իհարկե, ոչ համընդհանուր: Մյուս կողմից, մութ նյութի այլընտրանքները դեռևս տապալվում են տիեզերական ցանցը, տիեզերական միկրոալիքային ֆոնը կամ գալակտիկական կլաստերների բախման դինամիկան վերարտադրելու փորձերը: Այնուամենայնիվ, կարևոր է բաց միտք պահելը այնքան ժամանակ, քանի դեռ բացակայում է CDM- ի համար ծխելու զենքի ապացույցը, ինչպես նաև հիշել, որ սա հանելուկ է, որը կարող է ավելին ասել, թե գալակտիկայի էվոլյուցիայի և միաձուլման մասին, քան մութ նյութի մասին: Ինչպես ասում է Մայքլ Բոյլան-Կոլչինը, «Արդյունքները կարող են հանգեցնել գալակտիկայի ձևավորման ավելի լավ ընկալման [սև մութ նյութի] մոդելի մեջ կամ դրա հիմքում ընկած ենթադրությունները տապալելու համար»:

Բոլոր մասշտաբների մեջ իր հաջողությունների լիարժեք հավաքածուի շնորհիվ մութ նյութը այստեղ է մնում ՝ գոնե առայժմ: Այնուամենայնիվ, գալակտիկաների ձևավորումը և էվոլյուցիան, մասնավորապես փոքր և փոքր մասշտաբների մասշտաբներում, հետագա տարիների ընթացքում կմնան հետազոտությունների ակտիվ տարածք ՝ բազմաթիվ չլուծված հանելուկներով:

Սկսվում է այն բանի հետ, որ Ֆորբսը այժմ գտնվում է Forbes- ում, իսկ Medium- ի վերահրատարակումը ՝ շնորհիվ մեր Patreon- ի կողմնակիցների: Ethan- ը հեղինակել է երկու գիրք ՝ «Beyond The Galaxy» և «Treknology». «The Star Trek Science» - ը «Tricords– ից մինչև Warp Drive»: