Кратко: MOND хорошо предсказывает динамику одиночных галактик (поворотные кривые, барионная Тully–Fisher), но испытывает серьёзные трудности со скоплениями галактик и космологией; модели тёмной материи (ТМ) естественно объясняют космологические наблюдения и гравитационное линзирование в соударениях кластеров, но требуют настройки на малых масштабах и не да‑ют простого объяснения некоторых регулярностей в галактиках. Детали:
Наблюдения на галактических масштабах
- В пользу MOND:
- Поворотные кривые спиральных и низкоповерхностных (LSB) галактик часто хорошо описываются MOND без тёмной массы.
- Барионная Тully–Fisher: наблюдаемая связь $M_b\propto v_f^4$ (масса бараионов $M_b$, асимптотическая скорость $v_f$) естественно вытекает из MOND.
- Радиация ускорений / RAR: тесная однофакторная связь между наблюдаемым ускорением и ожидаемым по барионам — предсказуема MOND-ом.
- Проблемы MOND:
- Влияние внешнего поля (EFE) — уникальная MOND-предсказание; наблюдения дают смешанные результаты: для некоторых объектов есть признаки, для других — противоречия.
- Детали маломассных спутников, их численность и фазы (плоскости спутников) иногда лучше согласуются с специфическими сценариями ТМ, но полное объяснение спорно.
- Для ТМ:
- Косвенно можно воспроизвести RAR и повороты кривых через подбор профилей гало и влияние барионной обратной связи в симуляциях, но требуется сложная астрофизика.
Наблюдения в рамках скоплений галактик
- В пользу ТМ:
- Коллизии скоплений (например, Bullet Cluster, 1E 0657–56): центры масс по слабому линзированию смещены относительно горячего газа (барионов), что естественно для не‑взаимодействующей ТМ; MOND требует дополнительной невидимой массы (например, тяжёлых нейтрино) чтобы объяснить данные.
- Общие профили массы (линейное линзирование, динам. массовые оценки) часто указывают на избыток массы по сравнению с тем, что можно объяснить MOND-ом только из барионов; величина нехватки порядка $\sim 2\text{–}3$ в типичных кластерах.
- Проблемы ТМ:
- Нечёткие/спорные случаи (например, некоторые "тёмные" пиковые карты, Abell 520) дают сложную картину, допускают модификации модели или взаимодействия ТМ.
Космологические наблюдения и крупная структура
- Очень сильная поддержка ТМ:
- Карта акустических пиков CMB: относительные высоты и положения пиков (включая третий пик) требуются не‑барионная компонентa для согласования с наблюдениями.
- Формирование структуры: рост плотностных возмущений, масса галактик и кластеров и распределение малых масштабов хорошо описывается ΛCDM-симуляциями; MOND сам по себе не даёт естественной истории формирования структуры в ранней Вселенной без добавления невзаимодействующей материи.
- MOND-овские расширения (теории на основе релятивистских модификаций) пытаются совместить с CMB, но требуют добавления дополнительной компоненты материи и/или сложной динамики.
Какие наблюдения/эксперименты могли бы окончательно решить спор
- Прямое обнаружение частицы ТМ (detectors, axion haloscopes, индукционные/криогенные эксперименты): обнаружение частицы с свойствами необходимыми для космологии решило бы спор в пользу ТМ.
- Коллайдеры (LHC и далее): обнаружение стабильного невзаимодействующего кандидата (или констатирование его отсутствия на больших участках параметрического пространства).
- Космологические пробы высокой точности:
- Улучшенные измерения CMB (поляризация, малые масштабы) и 21‑см наблюдения ранней вселенной — сильные тесты против альтернатив без ТМ.
- Локализация и статистика маломасштабных субгалактик (counts of subhalos) через сильное гравитационное линзирование: несоответствие с предсказаниями конкурирующих моделей.
- Гравитационное линзирование в соударениях кластеров:
- Репликация Bullet Cluster в большом статистическом наборе и точные маппы распределений барионов vs. массы — если всегда видно смещение массы от барионов, это сильно поддержит ТМ; если найдутся систематические случаи, где масса и барионы совмещены вопреки MOND‑предсказаниям, это будет против MOND.
- Точные тесты внешнего поля (EFE):
- Систематические исследования поведения объектов в разных внешних полях (периферийные звёздные кластеры, широкие двойные звёзды, приливно формированные карлики): убедительное подтверждение EFE (или его строгий отрицательный результат) был бы решающим для/против MOND.
- Поиск и ограничение альтернативных компонентов, требуемых MOND (напр., тяжёлые нейтрино): лабораторные/астрофизические ограничения на массу и число степеней свободы частиц могут сделать MOND+«немного ТМ» невыполнимой.
- Синергия больших обзоров (Gaia, Rubin/LSST, Euclid, CMB‑S4) + прямые детекторы: сочетание космологических, галактических и лабораторных данных может либо обнаружить частицу ТМ, либо свести гипотезы ТМ к очень узкой области, плохо согласующейся с наблюдаемыми феноменами.
Короткое заключение: если будет обнаружена частица, отвечающая за космологическую плотность тёмной материи — спор решён в пользу ТМ. Если же прямых следов ТМ не найдут, а будет накоплено статистически значимое множество наблюдений, подтверждающих специфические предсказания MOND (особенно EFE и систематическое смещение массы/барионов в кластерах при отсутствии дополнительной материи), тогда MOND‑подход получит сильную поддержку.