Не след от удара, а темная материя: новое объяснение аномальных колец галактики «Мишень»
Галактику LEDA 1313424, которую прозвали «Мишень» (Bullseye), астрономы обнаружили в 2025 году — и сразу поняли, что перед ними нечто особенное. У нее девять концентрических колец, хотя у других подобных галактик их, как правило, не больше двух-трех. В июне 2026 года физики из Университета Флориды Пьер Сикиви и Юйсинь Чжао предложили новое объяснение этой структуры: кольца, возможно, появились не из-за столкновения галактик, а из-за квантовых свойств темной материи.
«Яблочко» находится в созвездии Рыб, примерно в 551 миллионе световых лет от Земли, и по размеру превосходит Млечный Путь в 2,5 раза. Его кольца открыл аспирант Йельского университета Имад Паша вместе с коллегами — сначала они разглядели восемь колец при помощи космического телескопа «Хаббл», а девятое подтвердили данными обсерватории Кека на Гавайях. Паша объяснял структуру столкновением: около 50 миллионов лет назад небольшая синяя карликовая галактика насквозь пронзила центр «Мишени», как пуля, и породила волны — примерно как круги расходятся по воде от брошенного камня.
«Мишень» в космосе: «Хаббл» изучил галактику с девятью кольцами
Сикиви и Чжао усомнились в этой версии. Если кольца действительно возникли от удара, то самое внешнее из них должно было двигаться от центра галактики со скоростью около 1220 километров в секунду — это неправдоподобно много для галактического вещества, которое ведет себя по известным физическим законам. Скорость самих колец в модели темной материи несравнимо скромнее: например, кольцо на расстоянии 70 килопарсек от центра галактики движется всего со скоростью 6,6 километра в секунду.
Вместо версии про столкновение исследователи предложили другую — связанную с темной материей. Темная материя составляет около 85% всей массы во Вселенной, но никто никогда ее не видел: она не светится, не поглощает свет и взаимодействует с обычным веществом только через гравитацию. Одна из гипотез о природе темной материи — что она состоит из частиц под названием аксионы. Это гипотетические частицы с ничтожно малой массой, которые почти не взаимодействуют с обычным веществом и потому крайне сложны для обнаружения.
Сикиви давно работает с идеей о том, что аксионная темная материя образует вокруг галактик специфические структуры — каустические кольца. Каустика в физике — это место, где траектории движущихся частиц или лучей собираются вместе и образуют концентрацию плотности. Если темная материя состоит из аксионов, она должна подчиняться закону сохранения момента импульса — то есть сохранять свое вращение по мере того, как втягивается внутрь галактики.
В результате аксионы не просто равномерно облепляют галактику сферическим гало, а укладываются в кольцеобразные зоны повышенной плотности. Радиусы этих каустических колец, по модели Сикиви, убывают примерно обратно пропорционально порядковому номеру кольца — то есть первое кольцо вдвое дальше от центра, чем второе, втрое дальше третьего, и так далее. Именно такую закономерность исследователи и увидели в расположении колец «Мишени».
Здесь в дело вступает квантовая физика. Аксионы — бозоны, то есть частицы, которые не противятся тому, чтобы занимать одно и то же квантовое состояние одновременно. При достаточно низкой температуре и высокой плотности бозоны могут все разом перейти в одно минимальное энергетическое состояние — это явление называется конденсатом Бозе — Эйнштейна. В таком состоянии огромное число частиц начинает вести себя как единый квантовый объект, и их квантовые свойства проявляются уже не на атомном уровне, а в масштабах, видимых в телескоп. Сикиви еще раньше показал, что темные аксионы способны образовывать именно такой конденсат и именно поэтому приобретают суммарный момент импульса, достаточный для формирования каустических колец.
Если теория верна, то кольца «Мишени» — это не следы галактической катастрофы, а отпечаток, который темная материя оставила на обычном, барионном веществе галактики — на газе и звездах. Каустические кольца темной материи создают в этих местах повышенную гравитацию, и вещество галактики стягивается туда, образуя светящиеся кольца. Исследователи также отмечают, что медленно движущиеся каустические кольца — вполне правдоподобные места для звездообразования, которое астрономы и наблюдают на окраинах «Мишени».
Пока это остается теорией. Аксионы не удалось обнаружить напрямую за десятилетия поисков, поэтому проверить объяснение Сикиви и Чжао через прямой эксперимент сейчас невозможно . Само по себе существование «Мишени» с девятью кольцами уже не бесспорно: некоторые астрономы, включая Барри Мэдора и Алара Тоомре, считают, что перед нами просто туго закрученная спиральная галактика наподобие NGC 488, а не результат столкновения. Разрешить этот спор должны допплеровские измерения скорости разных частей галактики — они покажут, движется ли вещество так, как ожидается от расходящихся волн, или иначе.
Фото NASA, ESA, I. Pasha (Yale), P. van Dokkum (Yale)
Самое популярное
