Межзвездные кометы могут восполнить до 45% скрытой массы Млечного Пути

Недавние астрофизические расчёты показывают, что рои межзвёздных комет способны внести существенный вклад в так называемую недостающую массу нашей галактики. Исследователи из Гамбургского университета выяснили, что подобные объекты могут составлять от 13% до 45% массы, которую сегодня приписывают тёмной материи.

Проблема «недостающей массы» Млечного Пути напрямую связана с кривой вращения галактики: звёзды на периферии движутся быстрее, чем можно объяснить видимым количеством звёздного вещества. Традиционно это несоответствие объясняют существованием тёмной материи — невидимой субстанции, взаимодействующей с обычным веществом только через гравитацию. Однако новая работа, опубликованная в виде препринта на arXiv, предлагает альтернативный источник части этой массы: межзвёздные объекты (МЗО), такие как кометы и астероиды, выброшенные из других планетных систем.

До сих пор астрономы зафиксировали лишь трёх межзвёздных гостей: 1I/‘Оумуамуа, 2I/Борисова и недавний 3I/ATLAS. Последний, чей радиус оценивается в диапазоне от 0,16 до 2,8 км, стал ключом к новым оценкам. Поскольку масса пропорциональна кубу радиуса, даже небольшое уточнение размеров кардинально меняет итоговую массу подобных странников. Исследователи применили распределение Пуассона — статистический метод, позволяющий по единичному примеру оценить вероятную численность всей популяции.

Результат оказался неожиданным: в окрестностях Солнечной системы может существовать огромное количество межзвёздных объектов, невидимых для современных телескопов. Экстраполируя эти данные на всю галактику, учёные получили, что МЗО способны обеспечить от 13% до 45% той массы, которая сегодня закладывается в модели тёмной материи. Иными словами, до половины «тёмного» вещества в Млечном Пути может быть обычным веществом — просто очень мелким и рассеянным.

Авторы сами признают, что их расчёт содержит серьёзные допущения. Главное из них — экстраполяция по выборке из одного объекта (3I/ATLAS) на всю галактическую популяцию. Верхняя граница в 45% достигается только при «чрезмерно оптимистичном» предположении о количестве вещества, когда-либо выброшенного звёздными системами в межзвёздную среду. Тем не менее, сама математическая процедура безупречна и указывает на необходимость пересмотреть локальную плотность тёмной материи.

Это открытие имеет прямое отношение к экспериментам по прямому поиску частиц тёмной материи, таким как LZ и XENONnT. Они используют расчётную локальную плотность тёмного вещества для ожидаемого потока гипотетических WIMP-частиц. Если реальная плотность окажется хотя бы на 18% ниже принятой, чувствительность детекторов потребуется корректировать — а именно такое снижение возможно за счёт вклада межзвёздных комет.

Ожидать проверки этой гипотезы осталось недолго. Уже в ближайшие годы обзоры неба следующего поколения, данные которых поступают в сеть, должны обнаружить десятки, а возможно, и сотни новых межзвёздных объектов. Как только астрономы лучше узнают их типичные размеры и форму, станет возможна точная оценка их вклада в недостающую массу галактики. Тогда мы либо подтвердим, что часть тёмной материи — это просто невидимые каменные глыбы, либо вернёмся к более экзотическим объяснениям.