Астрофизика и ее понятия. Этапы Большого заблуждения. Тёмная материя

Известно, что многочисленные эксперименты по обнаружению тёмной материи дают отрицательные результаты. Поэтому доказательства существования тёмной материи стараются найти в области астрономических наблюдений. При поиске исходят из предположения, что тёмная материя прозрачна для электромагнитного излучения, сама не излучает и проявляет себя только в гравитационных эффектах. Следовательно, тёмную материю нужно искать с помощью гравитационного линзирования тех областей неба, на которых нет видимых светящихся масс. И такие области неба действительно были обнаружены. Последовали публикации с заявлениями о том, что получены доказательства существования тёмной материи. Но бесспорность такого доказательства вызывала сомнение. Известно, что газ прозрачен почти для любого электромагнитного излучения. Примером тому служит газовое гало, окружающее нашу галактику. Гало огромно, но наблюдать окружающий нас мир не мешает. Поэтому нельзя было с уверенностью утверждать, что обнаруженная при гравитационном линзировании область не является просто большим облаком газа. Требовались другие, более убедительные доказательства.

Некоторое время считалось, что таким доказательством являются наблюдательные данные по высокоскоростным столкновениям скоплений галактик. Всего таких наблюдений было шесть. Наиболее известное из них - скопление Пуля, (рис. 1a, 1b). 18 августа 2006г. в печать была отправлена статья группы авторов с сообщением о том, что комбинацией различных методов гравитационного линзирования найдено распределение масс в двух сталкивающихся скоплениях (рис.1b). А уже 22 августа 2006г. был опубликован русский перевод этой статьи с победным заголовком "Черная кошка обнаружена". Вот о том, как якобы обнаруженной чёрной кошки опять не оказалось, и будет данная статья.

Что представляет собой гравитационное линзирование можно почитать в любом поисковике. А вот о том, как составляются картинки вида 1а и 1b, рассказать нужно. Такие изображения получаются в результате совмещения изображений, полученных на нескольких различных телескопах. Дело в том, что все космические телескопы имеют узкую специализацию, т.е. работают в каком-то одном узком диапазоне электромагнитного излучения. Например, телескоп Chandra работает в рентгеновском диапазоне. Другие телескопы работают в оптическом, инфракрасном, микроволновом и т.д. диапазонах. На рис 1а белым и жёлтым показаны участки, полученные на оптических телескопах, красным - на рентгеновском телескопе, а голубым - полученные методом гравитационного линзирования. По предположению авторов голубой цвет соответствует тёмной материи.

Относительно рисунков 1а и 1b с уверенностью можно сказать следующее: данных с телескопов, работающих в ультрафиолетовом диапазоне, на этих изображениях нет. А это означает, что излучение большей части барионной материи при создании изображений рис.1 не учтено. Это, разумеется, должно сказаться на виде обоих рисунков.

На основании вида рис.1b было сделано такое заключение:

1. Мы видим результат произошедшего столкновения двух скоплений галактик;

2. Каждое скопление состоит из барионной материи (звёзды, пыль, газ) и тёмной материи;

3. Тёмная материя каждого скопления не взаимодействует ни с барионной материей скоплений, ни между собой. Поэтому два больших облака тёмной материи из каждого скопления прошли и через барионную составляющую и друг через друга и скопились по краям двух смешавшихся скоплений. В доказательство справедливости именно такой точки зрения в популярных статьях обычно показывают рис1а, но подкорректированный. Для сравнения на рис.2 показан рис1а до и после корректировки.

Корректировка научных рисунков это конечно курьёз, допустимый разве что в популярных статьях. В них ещё и не такое случается. Однако имеются возражения и против научного истолкования рисунка 1b. Их два.

Первое. Если мы видим результат уже произошедшего столкновения двух скоплений галактик, то контуры равной массовой плотности материи, наложенные на рисунке 1b, свидетельствуют о вязком взаимодействии двух масс, расположенных на рисунке слева и справа. Но массы тёмной материи вязко взаимодействовать не могут. Это противоречит свойствам тёмной материи. Поэтому контуры равной массовой плотности должны соответствовать барионной материи.

Второе. Контуры равной массовой плотности, показанные на рисунке 1b, могут возникнуть не в результате уже произошедшего столкновения двух скоплений, а в результате только начинающегося столкновения. Тогда эти контуры есть результат начавшегося гравитационного взаимодействия между барионными газовыми составляющими скоплений. То, что рисунок 1b скорее всего соответствует началу столкновения, будет показано ниже.

Через год после опубликования статьи о том, что "черная кошка обнаружена", были с помощью телескопа Хаббла получены наблюдения скопления Abell 520 (рис.3), опровергающее сделанные ранее выводы.

Данные для скопления Abell 520 свидетельствовали о том, что барионная масса не следует за темной материей. При столкновении трёх скоплений произошло разделение предполагаемой темной материи и обычной массы галактик.

Поскольку существование тёмной материи считалось уже надёжно доказанным, эти данные ученые посчитали ошибочными и публиковать их не стали. Перепроверка полученных результатов длилась 5 лет. При этом были задействованы

1) телескоп в обычной оптике на Гавайях ( на фото оранжевый цвет),

2) рентгеновской телескоп НАСА Чандра (зелёный цвет),

3) данные гравитационного линзирования (синий цвет).

По результатам проверки пришлось признать - да, барионная масса скоплений ушла от предполагаемой тёмной материи.

При сопоставлении наблюдений за скоплениями Пули и Abell 520 получился удивительный результат - в разных участках Вселенной действуют разные физические законы. В одних областях Вселенной скопления следуют за тёмной материей (Пуля), а в других областях не обращают на тёмную материю никакого внимания (Abell 520). Но совершенно очевидно, что таких вещей в природе не бывает. Какая-то из исходных посылок в рассуждениях физиков была ложной. Собственно говоря, произвольный постулат у физиков был только один - существование тёмной материи. Если не постулировать существование тёмной материи, то феномены двух столкновений скоплений - Пули (рис.1) и Abell 520 (рис.3), объясняются просто.

При столкновении нескольких скоплений галактик можно выделить три стадии: предшествующий столкновению период, непосредственно само столкновение, период после столкновения. На рис.4 схематически показаны взаимные расположения трёх сталкивающихся скоплений на этих трёх стадиях. Тёмным цветом обозначена звёздная составляющая, синим цветом - газ гало. Скорости скоплений предполагаются такими, что они либо пройдут на близком расстоянии друг от друга, либо столкнутся влобовую, что случается значительно реже.

Стадия 1 (задолго до столкновения) у наблюдателей не вызывает интереса и её на фотографиях не фиксируют. Стадия 2 (максимальное сближение) вызывает большой интерес, её фиксируют на фотографиях и подвергают всестороннему изучению. Именно эта стадия зафиксирована на фотографии скопления Пуля для столкновения двух скоплений. Стадия 3 тоже вызывает интерес, но только в том случае, если звёздные составляющие скоплений успели разойтись не слишком далеко.

Рассмотрим подробнее, что происходит в случае, если скопления проходят очень близко друг от друга. Так как скопления окружены массивными газовыми гало, а газ - субстанция обладающая вязкостью, то при встрече скоплений газовые массы гало взаимно затормозятся и начнут перемешиваться, а скопления звёзд, сильно обеднённые газом, уйдут каждое своим путём, подобно тому, как брошенный камень свободно пролетает сквозь смешивающиеся воздушные потоки. Именно этот случай зафиксирован на фотографии скопления Abell 520 (рис.5).

То, что рисунок 1b соответствует началу сближения скоплений для Пули, иллюстрирует рисунок 6. Слева на рис.6 дано изображение контуров равной массовой плотности двух смешивающихся газовых гало, а справа показана схема того, как газ двух независимых гало начинает при сближении перемешиваться.

Традиционное возражение против изложенной точки зрения заключается в том, что тёмная материя потому и была постулирована, что барионной массы галактик не хватает для объяснения всех наблюдаемых гравитационных эффектов. В частности, одной барионной массой не удаётся объяснить наблюдаемые кривые вращения галактик.

Исследования последнего десятилетия показали несостоятельность этого традиционного возражения. Данные о составе газового гало нашей галактики, полученные с помощью УФ-трелескопа, говорят о том, что в галактике Млечный Путь практически все 100% материи это обычная барионная материя. Но только большая часть газа имеет очень высокую степень ионизации. Такой высокоионизованный газ, во-первых, слабо излучает, а, во-вторых, его излучение происходит в УФ-диапазоне. Подробнее об этом см. в статье "Скрытая масса. Что это такое".

Как известно, УФ-телескопы при исследованиях скоплений Пуля и Абель 520 не использовались. Так что барионная материя в галактиках имеется в полном объёме, но её просто не видят. То, что верно для отдельных галактик, будет верно и для скопления галактик. То есть скопления галактик полностью состоят из обычной барионной материи и гипотезе о наличии гипотетической тёмной материи просто нет места.

К сожалению, краткость человеческой цивилизации никогда не позволит зафиксировать все три стадии сближающихся скоплений, показанные на рис.4. Слишком это медленный процесс по человеческим меркам. Известно, например, что сближение нашей галактики с туманностью Андромеды происходит со скоростью около 120 км/с. Столкновение же этих галактик (или сближения их на минимальное расстояние) произойдёт приблизительно через пять миллиардов лет, в то время как возраст Земли составляет лишь 4,5 миллиарда лет. При таких временных масштабах понятно, что три стадии взаимного расположения трёх скоплений будут разделены временными промежутками в миллиарды лет. Поэтому астрономам суждено всегда фиксировать лишь одну из трёх стадий, показанных на рис.4. Как же в таком случае получить правильную интерпретацию наблюдаемой картины? Критерий один - не вводить гипотез, которые противоречат свойствам галактики Млечный Путь. Потому что эти свойства установлены прямыми наблюдениями и являются наиболее надёжными.

1. Подготовлено проектом 'Астрогалактика'
2. Публикация проекта, 20 декабря 2013 года
3. Автор статьи Л.М. Топтунова
для проекта 'Астрогалактика'

Главная страница раздела