Кратко о моделях

CDM $colddarkmatter,всовременномварианте\Lambda CDM$ — стандартная картина: дополнительная невзаимодействующая $кромегравитации$ компонентa материи формирует потенциалы гравитационных гало; к ним добавляется тёмная энергия $\Lambda$. Это релятивистски совместимая модель, очень хорошо проверенная на больших масштабах.MOND $modifiedNewtoniandynamics$ — эмпирическая модификация ньютонова гравитации/динамики при очень малых ускорениях a ≲ a0 ≃ 1.2×10^−10 m/s^2; объясняет поведение галактик без «частиц тёмной материи». Чтобы быть последовательной в релятивистском контексте, MOND требует расширений $например,TeVeSидр.$, но они вводят дополнительные поля/параметры.

Что каждая модель хорошо объясняет

Ротационные кривые галактик:
MOND: выдающийся успех — предсказывает плоские кривые и батарейку эмпирических закономерностей $барионнаяTully–Fisher-зависимость,связьвидимоймассыиускорения,RadialAccelerationRelation$ с малым числом параметров.CDM: тоже может воспроизвести кривые, но обычно требуется моделирование распределения барионов и эффекты обратной связи $звёздныевспышки,AGN$, чтобы устранить расхождения в центральных областях. В ΛCDM это решаемая $нонеполностьютривиальная$ задача с помощью сложной астрофизики.Многообразие галактических наблюдений $низкоповерхностныегалактики,вращениекарликов$:
MOND часто даёт лучшие предсказания для низкой поверхностной яркости и независимых прогнозов без точной настройки.CDM имеет проблемы малого масштаба $missingsatellites,cusp–core,too‑big‑to‑fail$, но многие из них могут быть уменьшены учётом барионной физики и улучшенных симуляций.

Что лучше различает модели $ключевыенаблюдения$

Космическое микроволновое фоновое излучение $CMB$ и крупномасштабная структура:
ΛCDM: великолепное согласие с многопиковой структурой спектра CMB, с амплитудой и положением акустических пиков, с формированием крупномасштабной структуры $powerspectrum,BAO$. Это самое сильное и количественное подтверждение модели тёмной материи.MOND: на чисто модифицированной ньютоновской базе CMB и LSS объяснить трудно. Релятивистские расширения $TeVeSидр.$ иногда могут частично воспроизвести CMB при введении дополнительной составляющей $например,массивныенейтрино/стерильныенейтрино$, но это уже по сути комбинированная модель $модифицированнаягравитация+дополнительнаяневидимаямасса$. В целом CMB/LSS — наиболее решающий аргумент в пользу CDM.Гравитационное линзирование и скопления галактик:
Кластеры: MOND систематически недостаёт массы в кластерах $внутриMONDостаётся«недостающий»факторнесколькораз$, требуется дополнительная невидимая масса $например,массивныенейтрино$. CDM предсказывает массовые профили скоплений, хорошо согласующиеся с рентгеновскими и линзирующими наблюдениями.Bullet Cluster и «распад» газ/темная масса: разделение пиков масс $полинзированию$ от горячего газа $врентгене$ — сильный аргумент в пользу некольцевого, невзаимодействующего $collisionless$ компонента. MOND без дополнительной невидимой массы объяснить очень трудно.Сильное/слабое линзирование на больших радиусах согласуется с предсказаниями тёмных гало CDM; MOND/TeVeS иногда справляются на галактических масштабах, но имеют проблемы на кластерных и космологических масштабах.Крупномасштабная структура и статистика подструктуры:
N‑body симуляции CDM очень хорошо воспроизводят наблюдаемый спектр плотности, массивность гало и BAO $придобавлениибарионнойфизики$. MOND не имеет общепринятой эквивалентной программы успешных симуляций, которая бы давала такие же результаты без добавления дополнительных компонент.

Оставшиеся нерешённые противоречия и проблемы

Для CDM:
Малые масштабы: cusp–core $центральные«шипы»профиляNFWvsплоские«ядра»$, missing satellites, too‑big‑to‑fail, и «diversity problem» $разнообразиевнутреннихкривыхвращенияприсхожихмассах$. Решения: барионные эффекты $feedback$, диски, массивные ветра; эти решения работают в симуляциях, но требуют тонкой настройки и проверки.Неполные результаты лабораторных поисков: прямые и индиректные поиски WIMP'ов до сих пор дают нулевой результат в чувствительных диапазонах, что сузило «естественную» параметризацию CDM-кандидатов. Но CDM не обязана быть WIMP — есть аксионы, стерильные нейтрино и др.Для MOND:
Кластеры и космология: MOND без дополнительной невидимой массы не объясняет скопления и CMB. Придётся вводить «тёмную» составляющую $например,2eVнейтриноилистерильныенейтрино$, что нивелирует первоначальную аккуратную мотивацию MOND как полностью исключающей невидимую материю.Отсутствие общепринятой релятивистской фундаментальной теории, которая одновременно:
1) корректно предсказывает локальные эффекты $включаяEFE—externalfieldeffect$,
2) даёт CMB и LSS согласованные с наблюдениями,
3) не содержит избыточных дополнительных компонентов. TeVeS и другие варианты решают часть задач, но вводят новые параметры и сложности.Тесты внешнего поля $EFE$, широких двойных звёзд, потоков в гало, дифференциальной кинематики спутников и т.п. дают смешанные результаты—нужны точные независимые проверки.Общая проблема науки: галактические закономерности $RAR,baryonicTF$ выглядят словно «тонко настроенные» отношения между барионной массой и динамической массой. MOND предсказывает их естественно; ΛCDM должен объяснить их возникновение через сложные процессы формирования и обратной связи. Вопрос: является ли это следствием физики формирования $CDM$ или нового закона гравитации $MOND$? Пока однозначного эмпирического ответа нет.

Какие наблюдения наиболее решающие в ближайшем будущем

CMB следующий раунд $CMB‑S4$ и крупные галактические и квазарные обзоры $Euclid,Rubin/LSST$ добавят точности к LSS и линзированию.Детальные картирования скоплений и столкновений скоплений $линзирование+рентген+СЗК$ — расширенная статистика «Bullet‑type» систем.Gaia и дальнейшие измерения широких двойных звёзд и движений в периферии галактик — тесты MOND в низкоускорительных режимах $включаяEFE$.Непосредственные поиски кандидат-частиц $аксионы,стерильныенейтрино$ и лабораторные эксперименты — если найдут частицу, это радикально усилит CDM; если всё время нуль — давит на популярные CDM-кандидаты, но не опровергает саму идею холодной тёмной материи в целом.

Вывод

На больших $космологических$ масштабах и в статистике CMB/LSS ΛCDM однозначно успешна и на сегодняшний день выигрывает по силе доказательств.На галактических масштабах MOND демонстрирует впечатляющие эмпирические успехи $ротационныекривые,RAR$ и ставит серьёзный вызов пониманию того, как в ΛCDM возникают столь тонко настроенные связи между барионами и динамикой.Ни одна из моделей пока не идеально согласуется со всеми наблюдениями: ΛCDM сталкивается с проблемами малого масштаба и отсутствием прямых детектируемых частиц $вклассическихвариантах$, MOND — с проблемами кластеров и космологии и с необходимостью релятивистских модификаций и/или дополнительной массы. Текущая задача — уточнить данные и провести критические тесты $Gaia,Euclid,CMB‑S4,детекторычастиц$, которые в ближайшие годы значительно сузят круг допустимых альтернатив.