Тъмната материя, мистериозната субстанция, съставляваща четвърт от масата и енергията

Тъмната материя, мистериозната субстанция, съставляваща четвърт от масата и силата на Вселената, може би е формирана от извънредно дребни и леки частици, сочат нови проучвания.

Тази „ размита “ форма на тъмна материя е наречена по този начин, поради дължината на вълните на тези дребни частици, които биха били размити на колосално голяма повърхност. Ако е по този начин, това би трансформирало хода на галактическата история и като дълги и мъгливи влакна биха запълнили ранната галактика, вместо тромавите галактики, демонстрират симулациите.

Откритията имат наблюдателни последствия – бъдещите телескопи ще могат да надникнат в този ранен интервал от време и евентуално да разграничат другите типове тъмна материя, което ще разреши на физиците да схванат по-добре нейните свойства.

Тъмната материя е незнайно солидно вещество, ситуирано в целия космос. То не излъчва светлина – отсам идва и името тъмна материя – само че гравитационните му резултати оказват помощ да се свържат дружно космически клъстери и да провокират въртене на звезди в краищата на галактиките по-бързо, в сравнение с другояче биха се въртели.

Много учени считат, че по-голямата част от тъмната материя е студена, което значи, че се движи относително постепенно. Но има и напълно разнообразни хрумвания, като да вземем за пример опцията тя да е тънка и размита, което значи, че ще се движи по-бързо, тъй като е по-лека.

„ Нашите симулации демонстрират, че първите галактики и звезди, които са се образували, наподобяват доста по-различно във Вселена с размита тъмна материя, в сравнение с във Вселена, която има студена тъмна материя “, споделя Лаклан Ланкастър, астрофизик в Принстънския университет и съавтор на нова студия в списание Physical Review Letters.

Ланкастър изяснява, че най-често срещаните спекулации за тъмната материя допускат, че тя е формирана от едва интерактивни солидни частици (WIMPs), които биха имали няколко десетки или стотици пъти повече маса спрямо протона. Симулациите, които употребяват този вид тъмна материя, са извънредно положителни за възобновяване на огромната конструкция на Вселената, включваща големи празни пространства, заобиколени от дълги, паяковидни влакна от газ и прахуляк, образувание, известно като галактическа мрежа.

Но при по-малки мащаби такива модели съдържат редица несъответствия от това, което астрономите следят със своите телескопи. В този общоприет аспект тъмната материя би трябвало да се натрупва в центровете на галактиките, само че никой не е виждал това да става.

За сметка на това, размитата тъмна материя би била необикновено по-лека, може би милиардна част от масата на електрона. Квантовата механика споделя, че частиците също могат да се преглеждат като талази, с дължини назад пропорционални на тяхната маса. Това значи, че дължината на вълната на такава светлинна парченце би имала дължина от хиляди светлинни години.

За размитата тъмна материя затова би било по-трудно да се скупчи в съпоставяне със студената, WIMP тъмна материя. В симулации Ланкастър и неговите съавтори демонстрират, че една Вселена от студена тъмна материя ще образува галактики относително бързо от сферични ореоли.

За разлика от нея, размитата тъмна материя ще се слее в дълги, мъгливи струни от материал – „ великански влакна, вместо тромави галактики “, споделя Ланкастър, а галактиките ще се раждат по-големи и по-късно. За тъмната материя също ще бъде по-трудно да се събира и натрупа в центровете на галактиките, което би обяснило за какво астрономите не следят тази мудност, когато гледат галактиките.

Инструменти като огромния телескоп за синоптични проучвания (LSST) в Чили и телескопи от клас 30 метра, които се построяват по света, скоро ще могат да надникнат в някои от най-ранните дни на Вселената. Очаква се те да стартират да получават данни през идващото десетилетие, което значи, че „ или ще стартираме да виждаме резултата на размитата тъмна материя, или ще стартираме да го изключваме “, споделя Ланкастър.

Въпреки че други откриватели спекулират с размитата тъмна материя, новите симулации дават повече благоприятни условия за създаването на космологичните резултати, съобщи Йеремия Острикер, астрофизик от Колумбийския университет, който не взе участие в създаването.

„ Това оказва помощ да се очертаят детайлности за това по какъв начин би била образувана структурата в тази доктрина на разновидностите “, прибавя Острикер.

Ланкастър споделя, че бъдещите симулации на неговия екип може да се съсредоточат върху улавянето на повече детайлности за резултата на размитата тъмна материя, което евентуално ще даде на астрономите по-добра визия за това, което те могат да чакат да видят посредством своите телескопи.