Тъмната материя, мистериозната субстанция, съставляваща една четвърт от масата и енергията на Вселената, може да бъде направена от изключително малки и леки частици, сочат нови изследвания. Тази „размита“ форма на тъмна материя, наречена, че тъй като дължините на вълните на тези дребни частици ще бъдат размазани над колосално огромна площ - щеше да промени хода на космическата история и да създаде дълги и мъгливи нишки, вместо тромави галактики в ранната Вселена, според симулации.
Констатациите имат наблюдателни последици - предстоящите телескопи ще могат да надникнат в този ранен период от време и потенциално да разграничат различните видове тъмна материя, което ще позволи на физиците да разберат по-добре нейните свойства.
Тъмната материя е неизвестно масивно вещество, открито в целия космос. Той не излъчва светлина - оттук идва и името тъмна материя - но гравитационните му ефекти помагат да се свържат заедно галактически клъстери и да причинят звезди в краищата на галактиките да се въртят по-бързо, отколкото иначе. Много учени смятат, че повечето тъмна материя е студена, което означава, че се движи сравнително бавно. Но има съвсем различни идеи, като например възможността тя да е мъничка и размита, което означава, че ще се движи бързо, защото е толкова лека.
"Нашите симулации показват, че първите галактики и звезди, които се образуват, изглеждат много по-различно във вселената с размита тъмна материя, отколкото във Вселената, която има студена тъмна материя", Лаклан Ланкастър, аспирант по астрофизика в Принстънския университет и съавтор на нова книга в списанието Physical Review Letters, разказа Live Science.
Ланкастър обясни, че най-често срещаните спекулации за тъмната материя предполагат, че тя е съставена от слабо интерактивни масивни частици (WIMPs), които биха имали няколко десетки или стотици повече от масата на протона. Симулациите, които използват този тип тъмна материя, са изключително добри за възстановяване на мащабната структура на Вселената, включително огромни празни пространства, заобиколени от дълги, паякови нишки от газ и прах, образувание, известно като космическата мрежа. Но на по-малки скали такива модели съдържат редица несъответствия от това, което астрономите наблюдават със своите телескопи. В този стандартен изглед тъмната материя трябва да се натрупва в центровете на галактиките, но никой не е виждал това да прави.
За разлика от това, размитата тъмна материя би била умопомрачително лека, може би милиардна част от милиардна част от милиардната маса на електрон, според изявление на MIT. Квантовата механика заявява, че частиците също могат да се разглеждат като вълни, с дължини на вълните, обратно пропорционални на тяхната маса, каза Ланкастър. Значи дължината на вълната на такава светлинна частица би била дълга хиляди светлинни години.
Размитата тъмна материя следователно би имала по-трудно време да се скупчат заедно от студената, WIMP тъмна материя. При симулации Ланкастър и неговите съавтори показаха, че студената вселена с тъмна материя ще има галактики, които се образуват сравнително бързо от сферични ореоли.
Но размитата тъмна материя вместо това ще се слее в дълги, мъгливи струни от материал - „по-гигантски нишки, отколкото тромави галактики“, казва Ланкастър - и галактиките ще се родят по-големи и по-късно. Тъмната материя също ще има по-трудно време да се трупа в центровете на галактиките, което потенциално би обяснило защо астрономите не наблюдават тази тромавост, когато гледат на галактиките.
Инструменти като Големия телескоп за синоптични изследвания (LSST) в Чили и телескопи от клас 30 метра, които се изграждат по света, скоро ще могат да надникнат в някои от най-ранните дни на Вселената. Очаква се те да започнат да събират данни през следващото десетилетие, което означава, че „или ще започнем да виждаме ефекта на размитата тъмна материя, или ще започнем да ги изключваме“, заяви Ланкастър.
Въпреки че други изследователи са спекулирали с размитата тъмна материя, новите симулации вършат по-внимателна работа при разработването на космологичните му ефекти, заяви Йеремия Острикер, астрофизик от Колумбийския университет, който не участва в работата.
„Това помага да се очертаят подробностите за това какво би било формирането на структурата в тази теория на вариантите“, добави OStriker. "И това е една от най-интересните теории на варианта наоколо."
Ланкастър каза, че бъдещите симулации на неговия екип могат да се съсредоточат върху улавянето на повече подробности за ефекта на размитата тъмна материя, което потенциално ще даде на астрономите по-добра представа за това, което те могат да очакват да видят чрез своите телескопи.
- 18-те най-големи неразгадани мистерии във физиката
- 12-те най-странни обекта във Вселената
- Космически рекордьори: 12-те най-големи обекта във Вселената
