Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя

Глава 11-1-22 Возможные объяснения проблемы каспов

               1. Неточность результатов численного моделирования, в особенности недостаточное разрешение, — практически исключена.

               2. Неточность наблюдательных данных из-за систематических инструментальных или измерительных погрешностей, таких как размытие изображения, неточное расположение щели спектрографа, ошибки, связанные с её конечной шириной при регистрации кривых вращения. Эти погрешности наиболее велики именно при анализе скоростей на минимальных расстояниях от центра галактики и могли бы приводить к получению меньших значений скоростей, следовательно, недооценке плотности тёмной материи.

               3. Неверная интерпретации результатов наблюдения. Например, некруговые траектории при регистрации кривых вращения. Или гало имеют на самом деле несферическую форму, но поскольку наблюдаются под углом, кажутся сферическими и имеющими ядро с постоянной плотностью. Истинные значения скоростей вращения также могут быть занижены при наблюдении галактик с ребра. Тем не менее, было показано, что все перечисленные эффекты не вносят существенного искажения в наблюдаемую картину и неспособны были бы явиться причиной того, что каспы проявлялись бы в экспериментах как ядро постоянной плотности.

_{Рис. Распределение плотности гало тёмной материи, полученное в рамках теоретического моделирования в рамках модели ΛCDM (профиль Наварро — Френка — Уайта, красная кривая) и путём прямых наблюдений (псевдоизотермический профиль, зелёная кривая). Для центральных областей теоретическая зависимость, в отличие от экспериментальных данных, содержит сингулярность.}

               Кроме того, применялся и альтернативный метод, вообще не задействующий построение кривых вращения и основанный на непосредственном анализе спектроскопических данных, и он также показал отсутствие каспов в распределении масс.

               4. Расчётные и наблюдательные данные верны, гало изначально действительно содержат каспы, но затем они размываются. Это происходит благодаря взаимодействию с барионной материей посредством так называемой обратной связи. В частности, это могли бы быть вспышки звездообразования, потоки газа, вызванные взрывами сверхновых, динамическое трение облаков газа. Но было показано, что такие процессы могут, напротив, оказывать обратное действие, увеличивая плотность гало в центральных областях.

               5. Расчётные и наблюдательные данные верны, а неверна картина образования гало, предполагаемая в рамках модели CDM. Это означает необходимость изменения представлений о свойствах и природе тёмной материи.

Альтернативные объяснения

               Предлагаются различные модификации темной материи:

               — тёплая тёмная материя;

               — самовзаимодействующая;

               — мета-холодная;

               — сильно аннигилирующая тёмная материя;

               — ультралёгкая тёмная материя скалярного поля (обозначаемая также как сверхтекучая или нечёткая).

               Некоторыми авторами высказывались предположения о необходимости модификации космологических параметров всей модели ΛCDM.

               Наиболее радикальная точка зрения заключается в отрицании модели ΛCDM, в частности, существования тёмной материи как её основного постулата. Сторонники этой позиции предлагают в качестве альтернативы различные теории модифицированной гравитации.

Глава 11-1-23 Другие сложности в теории холодной тёмной материи

Существует еще несколько расхождений между предсказаниями модели холодной тёмной материи и наблюдениями галактик и их скоплений.

               1. Проблема отсутствующих спутников (англ. the missing satellites problem): моделирование в рамках теории холодной тёмной материи предсказывает гораздо большее количество карликовых галактик, чем наблюдается вокруг галактик типа Млечного Пути.

               По состоянию на май 2020 года, известно 59 карликовых галактик, которые могут являться спутниками Млечного Пути, не считая Магеллановых облаков, областей с повышенной плотностью звёзд в Большом Псе и Гидре, а также разрушаемых приливными силами Волопаса III и карликовой галактики в Стрельце. При этом далеко не все они действительно являются постоянными спутниками: по данным опубликованного в 2021 году исследования, скорость их движения, момент импульса и энергия указывают на то, что они взаимодействуют с Млечным Путём недостаточно долго (меньше 2 миллиардов лет), чтобы можно было говорить об устойчивом характере гравитационной связи.