Причина искривления

Автор: 24.11.2011

Первым шагом к пониманию роли темной материи в Галактике служит общий взгляд на ее строение. Обычное вещество — звезды и газ — образует четыре основных структуры: тонкий диск (включающий спиральные рукава и наше Солнце), плотное ядро (со сверхмассивной черной дырой), вытянутый балдж (называемый «баром») и сфероидальное гало из старых звезд и скоплений, охватывающее всю Галактику. Но темная материя распределена совсем иначе. Мы ее не видим, но догадываемся о ее наличии по скоростям движения звезд и газа. Ее гравитационное влияние на видимое вещество говорит о том, что эта материя распределена почти сферически и простирается далеко за границы звездного гало. Ее плотность максимальна в центре и уменьшается как квадрат расстояния от него. Именно такое распределение и должно было возникнуть в результате процесса, который астрономы называют иерархическим слиянием: считается, что в раннюю эпоху Вселенной маленькие галактики объединялись, образуя более крупные, в том числе и нашу Галактику.
Многие годы астрономы не могли продвинуться дальше представления о темной материи в виде огромного бесструктурного шара из неизвестного вещества. За последние несколько лет нам удалось понять многие детали: темная материя теперь выглядит интересней, чем представлялась до сих пор. Многие факты говорят, что это вещество распределено не равномерно, а собрано в огромные облака.
Такая неоднородность могла бы объяснить наблюдаемое астрономами искривление краев галактического диска. На расстояниях более 50 тыс. световых лет от центра диск почти полностью состоит из атомарного водорода и небольшого числа звезд. Наблюдения радиоастрономов показывают, что газ не сосредоточен в плоскости Галактики: чем дальше от центра, тем больше он изгибается. На расстоянии примерно 75 тыс. световых лет диск изогнут примерно на 7,5 тыс. световых лет по отношению к плоскости.
Ясно, что вращаясь вокруг центра Галактики, газовый диск еще и колеблется вверх-вниз относительно плоскости. Эти колебания охватывают периоды в сотни миллионов лет, и мы наблюдаем их в некоторый момент цикла. В сущности, газовый диск работает как гигантский, медленно вибрирующий гонг. Подобно гонгу, он может вибрировать на нескольких частотах, каждой из которых соответствует определенная форма поверхности. В 2005 г. я и мои коллеги доказали, что наблюдаемое искривление представляет собой сумму трех таких частот (самая нижняя на 64 октавы ниже «до» первой октавы). Суммарный эффект получается асимметричным: на одной стороне Галактики газ располагается над плоскостью, а на другой стороне — под ней.
Радиоастрономы, первыми заметившие это искривление в 1950-х гг., думали, что оно может быть результатом гравитационного влияния Магеллановых Облаков — самых массивных спутников нашей Галактики. Поскольку они движутся не в плоскости Галактики, их тяготение стремится исказить наш диск. Но детальные расчеты показали, что притяжение сравнительно легких Магеллановых Облаков слишком слабо, чтобы объяснить искривление галактического диска. Десятилетиями его причина оставалась неразрешимой задачей.