Тёмное гало галактик
Тёмное гало́ гала́ктик (тёмная корона галактик), гало, образуемое несветящейся (тёмной) материей вокруг галактики и внутри неё. Тёмное гало проявляет себя лишь по гравитационному воздействию на непосредственно наблюдаемые компоненты галактики (звёзды и газ) или на другие галактики, находящиеся в её ближайшем окружении. Основным аргументом в пользу существования тёмной материи является несоответствие фотометрических и динамических оценок масс галактик, т. е. противоречие между результатами определения масс галактик разными способами: по наблюдаемому излучению видимой материи (звёзды и газ), с одной стороны, и по анализу скоростей движения звёзд или газа в гравитационном поле галактики – с другой.
Наиболее наглядное свидетельство наличия у галактик тёмных гало – высокая скорость вращения дисков галактик, обычно очень слабо зависящая от расстояния до центра (см. рисунок), в то время как без тёмного гало скорость вращения должна была бы уменьшаться к периферии галактики.
Кривые вращения 5 спиральных галактик, построенные по оценкам скоростей газа в их дисках. График из статьи: Зобнина Д. И., Засов А. В. Галактики со спадающими кривыми вращения // Астрономический журнал. 2020. T. 97, № 4. С. 267–283. В эллиптических галактиках, у которых нет дисков, указанием на присутствие тёмного гало является наличие горячих газовых гало (корон), для удержания которых галактика должна иметь дополнительное гравитационное поле, создаваемое тёмным гало. На присутствие тёмного гало галактик указывает также анализ эффекта гравитационного линзирования, при котором наблюдаются искажённые гравитационным полем изображения далёких источников (галактик или квазаров), наблюдаемых на небе рядом с этой галактикой или сквозь неё (но расположенных дальше от наблюдателя). К выводу о существовании тёмной массы в галактиках приводят также теоретические модели, описывающие формирование галактик в результате гравитационного сжатия неоднородностей в расширяющейся догалактической среде.
Размеры тёмных гало заведомо превышают оптические размеры галактик. Радиус тёмного гало, теоретически определяемый из моделей формирования галактик (вириальный радиус тёмного гало), примерно на порядок больше их оптического радиуса. Оценка массы тёмного гало сильно зависит от того, до какого расстояния от центра галактики она измеряется. В пределах вириального радиуса она может быть во много раз больше суммарной массы всего видимого вещества (звёзд и газа) галактики, но внутри оптически наблюдаемой части галактики эти две массы, как правило, сопоставимы. Лишь в редких случаях масса тёмного гало внутри галактик оказывается незначительной по сравнению со звёздной массой. Наибольший процент массы, приходящейся на тёмное гало, имеет место в галактиках (как в карликовых, так и в гигантских) с низкой поверхностной яркостью.
Массивные тёмные гало своим гравитационным полем влияют на внутреннюю структуру галактик, а также определяют характер взаимодействия галактик с окружающей средой. Тёмные гало должны играть большую роль в процессе формирования галактик и в их последующей эволюции.
Природа материи, составляющей тёмные гало галактик, остаётся неизвестной. Предполагается, что тёмные гало состоят в основном из элементарных частиц, слабо взаимодействующих с обычным веществом и имеющих примерно те же скорости движения, что и звёзды. Существование таких частиц пытаются обнаружить как с помощью космических обсерваторий, так и наземными физическими методами. Однако попытки непосредственно зарегистрировать частицы, из которых могли бы состоять тёмные гало галактик, пока не привели к успеху. В качестве альтернативных гипотез для объяснения имеющихся наблюдений без привлечения тёмной материи были предложены различные модификации ньютоновской или релятивистской теорий тяготения, однако их обоснованность со стороны как теории, так и наблюдений остаётся под вопросом. Наконец, в некоторых галактиках наблюдения не обнаруживают явных признаков присутствия тёмной материи, что связывают с особенностями формирования этих галактик.