Jak sugerują nowe badania, ciemna materia, tajemnicza substancja stanowiąca jedną czwartą masy i energii wszechświata, może być zbudowana z bardzo małych i lekkich cząstek. Ta „rozmyta” forma ciemnej materii - nazywana tak, ponieważ długości fal drobnych cząstek byłyby rozmazane na kolosalnie ogromnym obszarze - zmieniłaby bieg kosmicznej historii i stworzyłaby długie i delikatne włókna zamiast zlepionych galaktyk we wczesnym wszechświecie, zgodnie z symulacjami.
Odkrycia mają konsekwencje obserwacyjne - nadchodzące teleskopy będą mogły wrócić do tego wczesnego okresu i potencjalnie rozróżnić różne rodzaje ciemnej materii, umożliwiając fizykom lepsze zrozumienie jej właściwości.
Ciemna materia to nieznana masywna substancja występująca w kosmosie. Nie emituje światła - stąd nazwa ciemna materia - ale jego efekty grawitacyjne pomagają wiązać gromady galaktyczne i powodują, że gwiazdy na brzegach galaktyk wirują szybciej niż w przeciwnym razie. Wielu naukowców uważa, że większość ciemnej materii jest zimna, co oznacza, że porusza się stosunkowo wolno. Ale istnieją zupełnie inne pomysły, takie jak możliwość, że jest mały i niewyraźny, co oznacza, że poruszałby się szybko, ponieważ jest tak lekki.
„Nasze symulacje pokazują, że pierwsze galaktyki i gwiazdy, które się tworzą, wyglądają zupełnie inaczej we wszechświecie z rozmytą ciemną materią niż we wszechświecie o zimnej ciemnej materii” - Lachlan Lancaster, absolwent astrofizyki na Uniwersytecie Princeton i współautor nowego artykułu w czasopiśmie Physical Review Letters, powiedział Live Science.
Lancaster wyjaśnił, że najczęstsze spekulacje na temat ciemnej materii sugerują, że składa się ona ze słabo interaktywnych masywnych cząstek (WIMP), które miałyby kilkadziesiąt lub setki razy masę protonu. Symulacje wykorzystujące ten rodzaj ciemnej materii są wyjątkowo dobre w odtwarzaniu wielkoskalowej struktury wszechświata, w tym ogromnych pustek pustej przestrzeni otoczonych długimi, pajęczymi włóknami gazu i pyłu, formacją znaną jako sieć kosmiczna. Ale w mniejszych skalach takie modele zawierają szereg rozbieżności w stosunku do tego, co astronomowie obserwują za pomocą swoich teleskopów. W tym standardowym widoku ciemna materia powinna gromadzić się w centrach galaktyk, ale nikt tego nie widział.
Z kolei rozmyta ciemna materia byłaby zadziwiająco jasna, być może miliardowa część miliardowej miliardowej masy elektronu, zgodnie z oświadczeniem MIT. Lancaster powiedział, że mechanika kwantowa stwierdza, że cząstki można również traktować jako fale o długości fali odwrotnie proporcjonalnej do ich masy. Zatem długość fali takiej lekkiej cząstki wynosiłaby tysiące lat świetlnych.
Rozmyta ciemna materia miałaby zatem trudniejszy czas do zlepiania się niż zimna ciemna materia WIMP. W symulacjach Lancaster i jego współautorzy wykazali, że zimny wszechświat ciemnej materii miałby galaktyki, które powstały stosunkowo szybko z kulistych halo.
Ale rozmyta ciemna materia zamiast tego zlewałaby się w długie, delikatne sznurki materiału - „więcej gigantycznych włókien niż grudkowate galaktyki” - powiedział Lancaster - i wtedy galaktyki narodziłyby się większe i później. Ciemna materia miałaby również trudniejszy okres gromadzenia się w centrach galaktyk, potencjalnie wyjaśniając, dlaczego astronomowie nie obserwują tej grudki, gdy patrzą na galaktyki.
Instrumenty takie jak Large Synoptic Survey Telescope (LSST) w Chile i 30-metrowe teleskopy budowane na całym świecie wkrótce będą mogły wrócić do najwcześniejszych dni wszechświata. Oczekuje się, że zaczną pobierać dane w następnej dekadzie, co oznacza: „albo zaczniemy widzieć efekty rozmytej ciemnej materii, albo zaczniemy je wykluczać”, powiedział Lancaster.
Chociaż inni badacze spekulowali na temat rozmytej ciemnej materii, nowe symulacje wykonują ostrożniejszą pracę nad jej efektami kosmologicznymi, powiedział Jeremiah Ostriker, astrofizyk z Columbia University, który nie był zaangażowany w pracę.
„Pomaga to nakreślić szczegółowe informacje na temat tworzenia struktury w tej teorii wariantu” - dodał OStriker. „I jest to jedna z najciekawszych dostępnych teorii wariantów”.
Lancaster powiedział, że przyszłe symulacje jego zespołu mogą skupić się na uchwyceniu większej ilości szczegółów rozmytej ciemnej materii, potencjalnie dając astronomom lepsze wyobrażenie o tym, co mogą zobaczyć przez swoje teleskopy.
- 18 największych nierozwiązanych tajemnic w fizyce
- 12 najdziwniejszych obiektów we wszechświecie
- Cosmic Record Holders: 12 największych obiektów we wszechświecie
