излучения, оставленного Большим взрывом.
Блюменталь был председателем Академического сената Калифорнийского университета в Санта-Крус с 2001 по 2003 год и по одному году занимал должность вице-председателя и председателя Академического сената Калифорнийского университета. Он сменил Денис Дентон на посту канцлера Калифорнийского университета в Санта-Крус в 2006 году после ее самоубийства. Блюменталь ушел с поста канцлера в конце июня 2019 года, чтобы возобновить работу в области астрономии и работать неполный рабочий день в Центре исследований в области высшего образования Калифорнийского университета в Беркли. Его сменила на посту канцлера Синтия Ларив.
Он является соавтором двух учебников, «Астрономия 21-го века» и «Понимание нашей Вселенной», и написал более 75 научных публикаций.
Джордж Блюменталь является членом Совета попечителей корпорации Американского университета Армении.
Глава 11-1-21
Проблема каспов
В ходе теоретического исследования свойств тёмной материи в 1980-х годах была предложена гипотеза холодной тёмной материи (CDM).
При численном моделировании эволюции структуры галактик, проведенного на основании общепринятой космологической модели ΛCDM (Λ-член, отвечающий за темную энергию, + темная материя CDM), оказалось, что распределение плотности гало тёмной материи в центральных областях предсказывает появление сингулярности (плотность стремится к бесконечности). Это явление назвали каспом.
Однако наблюдаемые кривые вращения темной материи свидетельствуют о существовании во внутренней зоне участка практически постоянной плотности, получившей обозначение ядра.
Проблема каспов (cuspy halo problem) — одно из основных противоречий модели CDM (холодной тёмной материи), являющейся в настоящее время общепринятой, с наблюдательными данными.
Среди которых наиболее показательны прежде всего данные для галактик низкой поверхностной яркости и богатых газом карликовых галактик поздних типов, поскольку именно такие объекты содержат большую долю тёмной материи. Эти данные по большей части дают обратную картину: кривые вращения демонстрируют линейный рост, так что на расстоянии нескольких килопарсек от центра галактик скорости оказываются практически вдвое ниже предсказанных теоретически.
Неопределённость в описании распределения тёмной материи в центральных областях галактик вызывает неизбежные трудности прежде всего при решении задачи экспериментального обнаружения тёмной материи. Противоречие между предсказаниями, основанными на общепринятой космологической модели (ΛCDM), и наблюдательными данными используется критиками этой модели как серьёзный аргумент против её корректности.
Глава 11-1-22
Возможные объяснения проблемы каспов
1. Неточность результатов численного моделирования, в особенности недостаточное разрешение, — практически исключена.
2. Неточность наблюдательных данных из-за систематических инструментальных или измерительных погрешностей, таких как размытие изображения, неточное расположение щели спектрографа, ошибки, связанные с её конечной шириной при регистрации кривых вращения. Эти погрешности наиболее велики именно при анализе скоростей на минимальных расстояниях от центра галактики и могли бы приводить к получению меньших значений скоростей, следовательно, недооценке плотности тёмной материи.
3. Неверная интерпретации результатов наблюдения. Например, некруговые траектории при регистрации кривых вращения. Или гало имеют на самом деле несферическую форму, но поскольку наблюдаются под углом, кажутся сферическими и имеющими ядро с постоянной плотностью. Истинные значения скоростей вращения также могут быть занижены при наблюдении галактик с ребра. Тем не менее, было показано, что все перечисленные эффекты не вносят существенного искажения в наблюдаемую картину и неспособны были бы явиться причиной того, что каспы проявлялись бы в экспериментах как ядро постоянной плотности.
Рис. Распределение плотности гало тёмной материи, полученное в рамках теоретического моделирования в рамках модели ΛCDM (профиль Наварро — Френка — Уайта, красная кривая) и путём прямых наблюдений (псевдоизотермический профиль, зелёная кривая). Для центральных областей теоретическая зависимость, в отличие от экспериментальных данных, содержит сингулярность.
Кроме того, применялся и альтернативный метод, вообще не задействующий построение кривых вращения и основанный на непосредственном анализе спектроскопических данных, и он также показал отсутствие каспов в распределении масс.
4. Расчётные и наблюдательные данные верны, гало изначально действительно содержат каспы, но затем они размываются. Это происходит благодаря взаимодействию с барионной материей посредством так называемой обратной связи. В частности, это могли бы быть вспышки звездообразования, потоки газа, вызванные взрывами сверхновых, динамическое трение облаков газа. Но было показано, что такие процессы могут, напротив, оказывать обратное действие, увеличивая плотность гало в центральных областях.
5. Расчётные и наблюдательные данные верны, а неверна картина образования гало, предполагаемая в рамках модели CDM. Это означает необходимость изменения представлений о свойствах и природе тёмной материи.
Альтернативные объяснения
Предлагаются различные модификации темной материи:
— тёплая тёмная материя;
— самовзаимодействующая;
— мета-холодная;
— сильно аннигилирующая тёмная материя;
— ультралёгкая тёмная материя скалярного поля (обозначаемая также как сверхтекучая или нечёткая).
Некоторыми авторами высказывались предположения о необходимости модификации космологических параметров всей модели ΛCDM.
Наиболее радикальная точка зрения заключается в отрицании модели ΛCDM, в частности, существования тёмной материи как её основного постулата. Сторонники этой позиции предлагают в качестве альтернативы различные теории модифицированной гравитации.
Глава 11-1-23
Другие сложности в теории холодной тёмной материи
Существует еще несколько расхождений между предсказаниями модели холодной тёмной материи и наблюдениями галактик и их скоплений.
1. Проблема отсутствующих спутников (англ. the missing satellites problem): моделирование в рамках теории холодной тёмной материи предсказывает гораздо большее количество карликовых галактик, чем наблюдается вокруг галактик типа Млечного Пути.
По состоянию на май 2020 года, известно 59 карликовых галактик, которые могут являться спутниками Млечного Пути, не считая Магеллановых облаков, областей с повышенной плотностью звёзд в Большом Псе и Гидре, а также разрушаемых приливными силами Волопаса III и карликовой галактики в Стрельце. При этом далеко не все они действительно являются постоянными спутниками: по данным опубликованного в 2021 году исследования, скорость их движения, момент импульса и энергия указывают на то, что они взаимодействуют с Млечным Путём недостаточно долго (меньше 2 миллиардов лет), чтобы можно было говорить об устойчивом характере гравитационной связи.
Однако результаты моделирования предсказывают наличие порядка 500 карликовых галактик-спутников у Млечного Пути.
Для разрешения данной проблемы существуют две главные альтернативные модели. Одна из них заключается в том, что меньшие гало действительно существуют, но только часть из них становится видимой, поскольку оставшиеся не способны притянуть достаточное количество барионного вещества для создания наблюдаемой карликовой галактики. По данным наблюдения обсерватории Кека в 2007 году было открыто 8 ультраслабых карликовых спутника Млечного Пути, 6 из которых по оценкам на 99,9% состоят
