[Перевод] Скопление Пуля как аргумент против тёмной материи

Давным-давно на задворках Вселенной столкнулись два галактических скопления. Их столкновение разорвало галактики и оставило после себя две изменённых кучи звёзд и газ, разлетающиеся друг от друга, судьба которых была неизвестна.

Четыре миллиарда лет спустя любопытная группа гуманоидных форм жизни на водной основе пытается разобраться в столкновении галактик. Они направляют свои телескопы на остатки кластеров и удивляются их странной форме. Называют они их «скопление Пуля».

На изображении скопления можно увидеть три наложенных друг на друга типа данных. Во-первых, звёзды и галактики в оптическом режиме. Во-вторых, выделенные красным регионы, показывающие распространение горячего газа, полученные от рентгеновских измерений. В-третьих, голубые регионы, показывающие искривление пространства-времени, полученные из гравитационного линзирования, искривляющего форму галактик, находящихся за скоплением.

Скопление Пуля играет важную роль в понимании Вселенной гуманоидами. Предыдущие их поколение уже обнаружило, что их объяснение гравитационного притяжения материи не соответствует наблюдениям. Внешние звёзды многих галактик двигались быстрее, чем нужно, что означало, что гравитационное притяжение было сильнее, чем говорили их теории. Галактики в скоплениях также двигались очень быстро. Гуманоиды заключили, что их теория, по которой гравитация была причиной кривизны пространства-времени, нуждается в изменении.

Некоторые из них утверждали, что гравитацию они всё-таки поняли правильно. Они считали, что существует дополнительный тип невидимой, «тёмной материи», взаимодействующий так слабо, что это не имеет никаких последствий, кроме дополнительного гравитационного притяжения. Они даже безуспешно пытались поймать неуловимые частицы. Эксперимент за экспериментом ничего не давали. Проходили десятилетия. И всё-таки они заявляли, что частицы тёмной материи просто взаимодействуют ещё слабее. Они строили всё более крупные эксперименты для их поимки.

Тёмная материя была удобным изобретением. Она может распространиться в нужных количествах там, где необходимо, и таким образом оправдать все данные по галактикам и их скоплениям. Но, хотя тёмная материя хорошо соответствовала данным, она не объясняла, почему модификация гравитационного притяжения получается настолько систематической. С другой стороны, с модификациями гравитации было трудно работать, особенно с динамикой ранней Вселенной, которую гораздо легче было объяснить при помощи частиц тёмной материи.

Чтобы двигать науку, любопытным учёным нужно было разделить две гипотезы: изменённая гравитация или частицы тёмной материи? Им нужно было наблюдение, устраняющее одну из двух идей, неопровержимое доказательство – скопление Пуля.

Теорию частиц тёмной материи окрестили «согласованной моделью» (а также ΛCDM). Она сильно зависела от компьютерных симуляций, оптимизированных для соответствия наблюдаемым структурам Вселенной. Из них учёные могли вывести частоту, с которой должны сталкиваться галактические скопления и типичную относительную скорость, с которой они должны сталкиваться.

Из рентгеновских наблюдений стало известно, что скорость столкновений галактик в скоплении Пуля составляла примерно 3000 км/с. Но такие высокие скорости практически никогда не встречались в компьютерных симуляциях, основанных на частицах тёмной материи. Учёные оценили вероятность столкновения, произошедшего в районе скопления, в один шанс из 10 миллиардов, и заключили: наблюдаемое нами столкновение несовместимо с согласованной моделью. Именно так скопление Пуля стало сильным доказательством в пользу изменённой гравитации.

Однако через несколько лет некоторые изобретательные гуманоиды оптимизировали компьютерные симуляции, описывающие тёмную материю, и получили более оптимистическое предсказание вероятности найти нечто вроде скопления Пуля, $$. Вскоре после этого они ещё раз уточнили вероятность и получили $$.

Так или иначе, скопление Пуля оставалось удивительно маловероятным событием для теории тёмной материи. И наоборот, его очень легко было разместить в теориях изменённой гравитации, в которых столкновения на относительно высоких скоростях происходят гораздо чаще.

Это может звучать как история из параллельной вселенной – но это правда. Скопление Пуля – не неопровержимое доказательство теории тёмной материи, как вам сообщают об этом СМИ. Его можно объяснить при помощи теорий изменённой гравитации. И сложно объяснить при помощи тёмной материи.

Почему же мы так редко читаем о трудностях, представляемых скоплением для тёмной материи? Потому, что научно-популярные СМИ не любят вещей сложнее, чем простое объяснение с примечанием «научный консенсус». Разве не очевидно, что видимая материя отделена от центра гравитационным притяжением?

Но изменение гравитации проводится при помощи ввода дополнительных полей, спариваемых с гравитацией. Нет причин, по которым в динамической системе эти поля должны фокусироваться там же, где присутствует нормальная материя. Можно было бы ожидать, что изменённая гравитация также будет неголономной, что приведёт к наблюдаемой в этом и других столкновениях делокализации.

Настоящим испытанием изменённой гравитации будет не скопление Пуля, а правильное описание ранней Вселенной, объяснение изобилия частиц и флуктуаций температур в реликтовом излучении. Скопление Пуля – всего лишь отвлекающий манёвр, использующийся в СМИ. Это простое объяснение. Но простые объяснения почти всегда неправильные.