Карликовые галактики подтверждают существование тёмной материи

В спиральных галактиках, таких как M33 (слева), связь между видимой материей и гравитационным ускорением хорошо установлена. Тусклые карликовые галактики, такие как Eridanus II (справа), демонстрируют более низкие ускорения. Исследование показывает, что их гравитационное поле нельзя объяснить только видимой материей, что усиливает необходимость существования тёмной материи. Автор: ESO/DSS2 (D. De Martin); DES (S.E. Koposov), композиция: AIP (M. P. Júlio)

Международная команда исследователей под руководством Потсдамского астрофизического института имени Лейбница пролила свет на многолетние дебаты о том, почему галактики вращаются быстрее, чем ожидалось, и вызвано ли это поведение невидимой тёмной материей или модификацией гравитации на космических масштабах.

Учёные проанализировали данные о скоростях звёзд в 12 самых маленьких и тусклых галактиках Вселенной, чтобы проверить конкурирующие теории. Среди них — модифицированная ньютоновская динамика (MOND), альтернативная теория, впервые предложенная в 1980-х годах, которая предполагает, что законы гравитации меняются при очень низких ускорениях, устраняя необходимость в тёмной материи.

Авторы обнаружили, что внутренние гравитационные поля галактик нельзя объяснить только видимой материей, а предсказания MOND не воспроизводят наблюдаемое поведение. Затем они сравнили свои результаты с теоретическими моделями, которые предполагают, что эти галактики окружены массивным ореолом тёмной материи. Эти модели, запущенные на британском суперкомпьютере DiRAC, гораздо лучше соответствовали данным.

Мариана Жулио, аспирант Потсдамского астрофизического института и ведущий автор исследования, заявила:

«Впервые мы смогли разрешить гравитационное ускорение звёзд в самых тусклых галактиках на разных радиусах, раскрыв подробности их внутренней динамики. Как наблюдения, так и наши симуляции EDGE показывают, что их гравитационное поле не может определяться только их видимой материей, что противоречит предсказаниям модифицированной гравитации. Это открытие усиливает необходимость существования тёмной материи и приближает нас к пониманию её природы».

Исследование также бросает вызов давнему предположению о том, как ведут себя галактики. Астрономы долгое время считали, что существует простая связь между количеством видимой материи в галактике и силой производимого ею гравитационного притяжения — так называемое «отношение радиального ускорения». Хотя эта связь всё ещё сохраняется для более крупных систем, новое исследование показывает, что она начинает нарушаться в самых маленьких галактиках.

Доктор Марсель Павловский, соавтор исследования, добавил:

«Наше новое исследование полностью меняет картину, используя лучшие данные и более глубокий анализ для определения фактических радиально разрешённых профилей карликовых галактик. Наши результаты подтверждают более раннее подозрение, что карликовые галактики не соответствуют ожиданиям, выведенным из более массивных галактик».

В некоторых случаях одно и то же количество видимой материи может производить разные гравитационные ускорения, что предполагает влияние другого невидимого фактора — скорее всего, тёмной материи.

Профессор Джастин Рид из Университета Суррея, соавтор исследования, отметил:

«Наши результаты демонстрируют, что информации, основанной только на том, что мы видим, недостаточно для определения силы гравитационного поля в самых маленьких галактиках. Этот результат можно объяснить, если эти галактики окружены невидимым ореолом тёмной материи, поскольку тёмная материя кодирует "недостающую информацию". Но теории MOND — по крайней мере, предложенные до сих пор — требуют, чтобы гравитационное поле определялось только тем, что мы видим. Это просто не работает».

Хотя находки не раскрывают, из чего состоит тёмная материя, они сужают пространство для альтернативных объяснений. Будущие наблюдения за ещё более тусклыми и далёкими галактиками помогут точнее определить, чем же на самом деле является тёмная материя.

Дополнительная информация: Mariana P. Júlio et al, The radial acceleration relation at the EDGE of galaxy formation: testing its universality in low-mass dwarf galaxies, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2510.06905