Проблема каспов
Проблема каспов
Суть проблемы
В ходе теоретического исследования свойств тёмной материи в 1980-х годах была предложена гипотеза
где ρ0 — параметр, определяемый плотностью вещества Вселенной в момент формирования гало, Rs — характеристический радиус гало. Предлагались и другие варианты зависимости , но все они дают значения показателя для центральных областей (r < 1 кпк). Соответствующие кривые вращения предполагают рост скорости пропорционально [14][9].
С другой стороны, имеются результаты прямых астрономических наблюдений — статистика кривых вращения, среди которых наиболее показательны прежде всего данные для галактик низкой поверхностной яркости и богатых газом карликовых галактик поздних типов, поскольку именно такие объекты содержат большую долю тёмной материи[15][16][17][18]. Эти данные по большей части дают обратную картину: кривые вращения демонстрируют линейный рост[19][18][3], так что на расстоянии нескольких килопарсек от центра галактик скорости оказываются практически вдвое ниже предсказанных теоретически[9]. Тёмная материя не показывает никаких сингулярностей в своём распределении, показатель α в центральных областях не превышает значения −0,2 по абсолютной величине, наблюдается выраженное «ядро» с почти постоянной плотностью. Функция распределения плотности имеет скорее вид псевдоизотермического профиля[20]:
где rC — радиус «ядра» (порядка 1 кпк), ρC — его постоянная плотность[21][18][9][10][12]. В ряде публикаций утверждалось, что по меньшей мере часть наблюдаемых данных удовлетворительно описывается профилем Наварро — Френка — Уайта[22][23][24], однако этот вывод не является консенсусным среди всего научного сообщества, и более аргументированным представляется предположение, что распределение тёмной материи как минимум не универсально для всех гало[25][22][26].
В ряде работ отмечалось, что проблема теории холодной тёмной материи носит более общий характер в том смысле, что она предсказывает в принципе завышенное количество тёмной материи во внутренних районах гало; другим её проявлением является проблема дефицита карликовых галактик[9]. Эти проблемы связаны и в том смысле, что гало с «ядром» в центре скорее лишится (благодаря приливному воздействию) своих спутников — карликовых гало, существование большого числа которых предсказывается численным моделированием в рамках теории ΛCDM, как и профиль плотности с каспом[27].
Между тем неопределённость в описании распределения тёмной материи в центральных областях галактик вызывает неизбежные трудности прежде всего при решении задачи экспериментального обнаружения тёмной материи[28]. В целом противоречие между предсказаниями, основанными на общепринятой космологической модели (ΛCDM), и наблюдательными данными используется критиками этой модели как серьёзный аргумент против её корректности[29].
Возможные объяснения
- Неточность результатов численного моделирования, в особенности недостаточное разрешение, — практически исключена ввиду существенного прогресса вычислительных возможностей. Даже максимально точные расчёты, позволяющие смоделировать центральную часть гало размером до 0,1 кпк[30][31], дают для этой области значение показателя в зависимости [32][33].
- Неточность наблюдательных данных из-за всевозможных погрешностей — систематических инструментальных или измерительных, таких как размытие изображения (в особенности из-за низкого разрешения), 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 в соответствующих областях[24][10][23].
- Неадекватность интерпретации результатов наблюдения, начиная с метода построения модели распределения плотности из наблюдаемых кривых вращенияHα)[23].
- 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[37]. 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[35]. При этом если сингулярности гало холодной тёмной материи действительно существуют, это должно давать ограничения на космологические параметры[38].
- Расчётные и наблюдательные данные верны, гало изначально действительно содержат каспы, но затем они размываются. Есть предположения, что это происходит благодаря взаимодействию с барионной материей посредством так называемой обратной связивспышки звездообразования, потоки газа, вызванные взрывами сверхновых, динамическое трение облаков газа[16][39][28][10]. Гидродинамическое моделирование, учитывающее такие процессы помимо гравитационного взаимодействия, демонстрирует, что это возможно[3][9]; предлагалось и аналитическое описание такого рода механизмов[40]. Между тем показано, что такие процессы могут, напротив, оказывать обратное действие, увеличивая плотность гало в центральных областях[9][10]; кроме того, они эффективны не всегда, а лишь при определённых параметрах интенсивности звездообразования[41], общей массы звёздной составляющей[42] и степени её сосредоточения к центру[3].
- Расчётные и наблюдательные данные верны, и картина образования гало, предполагаемая в рамках модели холодной тёмной материи, неверна. Это означает необходимость изменения представлений о свойствах и природе тёмной материиΛCDM (в частности, амплитуды среднеквадратичных флуктуаций плотности материи на масштабе 8 Мпк, σ8), лежащей в основе теоретических расчётов, для соответствия их результатов данным наблюдений[10]. Наконец, 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[53].
Примечания
- 6 декабря 2020 года.
- ↑ С. А. Хоперсков, Б. М. Шустов, А. В. Хоперсков. Взаимодействие каспа темного вещества с барионной составляющей в дисковых галактиках // Астрономический журнал. — 2012. — Т. 89, № 9. — С. 736—744.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Засов, 2017, с. 30.
- .
- doi:10.1038/311517a0.
- doi:10.1086/163168.
- doi:10.1086/170451.
- ↑ deBlok, 2010, p. 2.
- ↑ .
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Primack, 2009, pp. 6—7.
- ↑ DelPopolo, 2017, p. 2.
- ↑ 1 2 DelPopolo, 2017, p. 5.
- .
- ↑ deBlok, 2010, pp. 2—3.
- ↑ deBlok, 2010, pp. 3, 4.
- ↑ .
- ↑ .
- ↑ .
- ↑ deBlok, 2010, pp. 5—7.
- doi:10.1086/177537.
- ↑ deBlok, 2010, pp. 6, 7.
- ↑ 8 августа 2021 года.
- ↑ doi:10.1086/345426.
- ↑ .
- ↑ DelPopolo, 2017, pp. 7—9.
- 7 октября 2021 года.
- ↑ DelPopolo, 2017, p. 3.
- ↑ .
- doi:10.1038/370629a0.
- .
- ↑ 1 2 deBlok, 2010, p. 10.
- ↑ DelPopolo, 2017, p. 10.
- ↑ .
- ↑ .
- ↑ .
- .
- ↑ .
- .
- 15 октября 2021 года.
- 16 октября 2021 года.
- 19 января 2022 года.
- 5 мая 2021 года.
- ↑ .
- .
- .
- .
- 20 июля 2020 года.
- .
- .
- .
- ↑ DelPopolo, 2017, pp. 19—21.
Литература
- .
- de Blok W. J. G. The core-cusp problem (англ.) // Advances in Astronomy. — 2010. — Vol. 2010. — P. 789293. — .
- Joel R Primack. Cosmology: small-scale issues (англ.) // .
- Antonino Del Popolo, Morgan Le Delliou. Small Scale Problems of the ΛCDM Model: A Short Review (англ.) // Galaxies. — 2017. — 20 February (vol. 5, iss. 1). — P. 17. — .
Эта статья входит в число добротных статей русскоязычного раздела Википедии. |