В науке на каждом этапе ее развития существует ряд неразрешенных проблем. Одной из таких загадок в современной науке является проблема существования темной материи — особой формы материи, которая не излучает электромагнитные волны и присутствие которой обнаруживается только через гравитационное взаимодействие. О темной материи впервые стало известно еще в 1933 году, когда американский астроном швейцарского происхождения Фриц Цвикки оценил массу скопления галактик Coma и пришел к заключению, что она в 50 раз превышает массу видимого вещества.
С тех пор этой проблеме были посвящены тысячи научных статей.
Несмотря на то что на темную материю приходится 22% от всего вещества Вселенной, что примерно в пять раз больше той доли, которая отводится барионной материи, из которой состоят звезды, планеты и мы с вами, проблема темной материи так и остается нерешенной. В частности, частицы темной материи до последнего момента так и не были найдены, хотя ученые предлагают несколько кандидатов на эту роль и ведут активные поиски таких частиц.
Неудачи в поисках частиц темной материи, как и некоторые другие проблемы теории темного вещества, подвигли астрофизиков на создание модифицированной ньютоновской динамики (MOND), объясняющей наблюдаемые проявления темной материи модификацией закона тяготения Ньютона. Теория MOND, зародившаяся как смелое предположение в начале восьмидесятых, в настоящее время набирает обороты и приобретает все больше сторонников среди крупных специалистов в области астрофизики.
Находка американских астрономов, опубликованная в The Astrophysical Journal, возможно, склонит чашу весов на сторону теории темной материи.
Группа ученых под руководством доктора Эсры Бюльбюль из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики пошла по стопам Фрица Цвикки. Они исследовали скопления галактик. Всего в их выборку вошли 73 скопления галактик, в том числе и скопление Coma, изучая которое, Цвикки впервые обнаружил проявления темной материи. Скопления галактик привлекли внимание ученых не случайно. Они могут содержать в себе тысячи галактик и представляют собой крупнейшие во Вселенной образования из темной материи и горячего межгалактического газа. Температура этого газа достигает миллионов кельвинов.
Тяжелые элементы, содержащиеся в межгалактическом газе, — это непосредственный продукт эволюции галактик, поскольку они попадают в межгалактическое пространство, покидая родительские галактики и накапливаясь в нем на протяжении миллиардов лет.
Относительное содержание различных тяжелых элементов в межгалактическом газе содержит в себе ценную информацию о частоте вспышек сверхновых в галактиках разных морфологических типов, а также об истории обогащения тяжелыми элементами межгалактической среды. Эсра Бюльбюль и ее коллеги исследовали рентгеновский спектр горячего межгалактического газа. Поскольку ученых интересовало очень слабое излучение в линиях, которое неразличимо в спектрах отдельно взятых скоплений галактик, они решили сложить рентгеновские спектры всех скоплений их выборки, предварительно внеся поправки за красное смещение каждого скопления.
К своему удивлению, ученые обнаружили в суммарном спектре очень слабую неопознанную линию.
Эта линия не исчезла, когда астрономы разделили выборку скоплений на группы и сложили спектры скоплений из этих групп. Таким образом, источником этого сигнала было не одно отдельно взятое скопление, а все скопления из этих групп.
Наиболее заманчивым объяснением этого явления может быть то, что неопознанная линия образуется в результате распада одного из кандидатов на роль частиц темной материи — стерильных нейтрино. Стерильные нейтрино в отличие от нейтрино других трех поколений не вступают в слабое взаимодействие и поэтому являются практически не обнаружимыми. Однако стерильные нейтрино должны спонтанно распадаться на фотон и «обычное» (не стерильное) нейтрино.
Если неопознанная линия действительно является результатом распада стерильных нейтрино, это приведет к прорыву в теории темной материи.
Однако ученые отмечают, что линия очень слабая и ее существование требует дальнейшего подтверждения, в том числе и с использованием данных, которые будут получены японским рентгеновским космическим телескопом Astro-H.