Detektywi ciemnej materii prawie nic nie wiedzą o ciemnej materii, ale teraz wiedzą to: Zachowuje się inaczej na obrzeżach starych galaktyk niż w nowych.
Ciemna materia to rzeczy, których nie widzimy we wszechświecie. Stanowi większość masy we wszechświecie, ale nie emituje światła. Jednak przyciąga wszystko grawitacją. Wszystko we wszechświecie działa tak, jakby ciągnęły go duże ciężkie chmury czegoś, czego nie widzimy. Astronomowie po prostu nie są pewni, co to jest.
Nowy artykuł, opublikowany 3 stycznia w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, pomaga jednak go zawęzić.
Większość ciemnej materii, o której wiedzą naukowcy, istnieje w „aureolach” lub chmurach w galaktykach. Ale jest problem: rdzenie te nie zachowują się tak, jak powinny, zgodnie z symulacjami komputerowymi.
Kiedy naukowcy modelują zachowanie aureoli ciemnej materii, struktury te zwykle tworzą pewne kształty: gęste kule ciemnej materii w centrach galaktyk, otoczone mętnymi pasmami materii. Astronomowie nazywają to rozkładem ciemnej materii w „skupieniu”. Ale w rzeczywistości wiele galaktyk zachowuje się tak, jakby ich ciemna materia krążyła w zewnętrznych obszarach galaktyki, otaczając „rdzeń”, który jest mniej lub bardziej pusty z niewidzialnego materiału. Astronomowie nazywają tę rozbieżność problemem „rdzenia guzka”.
Popularne wyjaśnienie problemu rdzenia guzka, zwanego modelem „Self Interacting Dark Matter” (SIDM), sugeruje, że ciemna materia istnieje nie tylko całkowicie poza fizyką, którą jesteśmy w stanie bezpośrednio wykryć i zrozumieć, ale działa również na sama za pomocą nieznanych sił. Jeśli interakcje ciemnej materii z samym sobą różnią się od interakcji ze zwykłą materią, może to wyjaśniać, w jaki sposób udało jej się przemieszczać z centrów galaktyk w kierunku ich krawędzi.
Nowe badanie sugeruje jednak, że to wyjaśnienie może nadmiernie komplikować sytuację.
Inna siła mogłaby wypchnąć ciemną materię ze środka galaktyk: ogrzewanie ciemnej materii. Odnosi się to do intensywnej energii i wiatru z formowania gwiazd wypychających ciemną materię z centrów galaktyk (tam, gdzie tworzy się większość nowych gwiazd). Ale nie ma bezpośrednich dowodów na to zjawisko, a nawet gdyby tak było, nie jest jasne, czy takie ogrzewanie byłoby wystarczająco potężne, aby wyjaśnić rozbieżność między modelami rozkładu ciemnej materii a tym, co pokazują obserwacje.
Ten nowy artykuł sugeruje jednak, że ogrzewanie ciemnej materii jest właściwym wyjaśnieniem.
Autorzy zbadali 16 galaktyk karłowatych podzielonych z grubsza na dwie kategorie: galaktyki, które przestały formować gwiazdy miliardy lat temu, i galaktyki, które przestały formować gwiazdy niedawno lub wciąż formują gwiazdy.
Naukowcy odkryli, że starsze, mniej aktywne galaktyki zwykle miały skupiska ciemnej materii - regiony w ich centrach z dużą ilością ciemnej materii. Bardziej aktywne galaktyki zwykle miały puste rdzenie.
Nowe odkrycia sugerują, że ogrzewanie ciemnej materii jest prawdziwe i odgrywa znaczącą rolę w zachowaniu ciemnej materii, napisali naukowcy. Galaktyki, które dawno temu przestały formować gwiazdy, miały również mniej energii do wypychania ciemnej materii z centrum galaktyki. W takich przypadkach ciemna materia zachowywała się tak, jak przewidują to proste modele. Bardziej aktywne galaktyki gwiazdotwórcze miały więcej ciepła, co sprawiło, że ciemna materia odbiegała od modeli.
Jeśli to odkrycie jest poprawne, zawęża możliwości tego, czym może być ciemna materia, choć nie dramatycznie: musi to być coś, co zostałoby wydmuchane z centrum galaktyki z dużą ilością nowych gwiazd. A wynik ten może oznaczać, że niepotrzebne jest proponowanie wszelkiego rodzaju dziwnych właściwości ciemnej materii, aby wyjaśnić, jak zachowuje się substancja.
Jednak nic nie jest jeszcze pewne. Naukowcy przyznali w swoim artykule, że oparli się na metodach symulacji ciemnej materii, które spotkały się z krytyką. Mogą istnieć inne galaktyki o właściwościach między wierzchołkiem a modelami rdzenia, co skomplikowałoby nowe odkrycia.
Na razie jednak detektywi ciemnej materii mogą przyczepić kolejny dowód do swoich tablic ogłoszeń pokrytych czerwonym sznurkiem.
