Новые исследования показывают, что темная материя, таинственная субстанция, составляющая четверть массы и энергии вселенной, может состоять из чрезвычайно маленьких и легких частиц. Эта «нечеткая» форма темной материи, называемая так, потому что длины волн этих крошечных частиц будут размазаны по колоссально огромной площади, изменила бы ход космической истории и создала бы длинные и тонкие нити вместо комковатых галактик в ранней вселенной, в соответствии с моделированием.
Полученные результаты имеют наблюдательные последствия - предстоящие телескопы смогут вернуться к этому раннему периоду времени и потенциально провести различие между различными типами темной материи, что позволит физикам лучше понять ее свойства.
Темная материя - это неизвестная массивная субстанция, найденная в космосе. Он не излучает свет - отсюда и название темная материя - но его гравитационные эффекты помогают связать вместе галактические скопления и заставить звезды на краях галактик вращаться быстрее, чем они могли бы. Многие ученые считают, что большая часть темной материи холодная, то есть она движется относительно медленно. Но есть совершенно разные идеи, такие как вероятность того, что он крошечный и нечеткий, то есть он будет двигаться быстро, потому что он такой легкий.
«Наше моделирование показывает, что первые галактики и звезды, которые образуются, выглядят совсем иначе во вселенной с нечеткой темной материей, чем во вселенной с холодной темной материей», - говорит Лахлан Ланкастер, аспирант-астрофизик в Принстонском университете и соавтор новой статьи. В журнале Physical Review Letters рассказал Live Science.
Ланкастер объяснил, что наиболее распространенные предположения о темной материи предполагают, что она состоит из слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP), которые имели бы в несколько десятков или сотен раз больше массы протона. Модели, которые используют этот тип темной материи, чрезвычайно хороши для воссоздания крупномасштабной структуры вселенной, включая обширные пустоты пустого пространства, окруженные длинными, паразитными нитями газа и пыли, формация, известная как космическая сеть. Но в меньших масштабах такие модели содержат ряд несоответствий тому, что астрономы наблюдают с помощью своих телескопов. В этом стандартном представлении темная материя должна накапливаться в центрах галактик, но никто этого не видел.
Напротив, нечеткая темная материя была бы ошеломляюще легкой, возможно, на одну миллиардную часть от одной миллиардной массы электрона, согласно заявлению MIT. Квантовая механика утверждает, что частицы можно также рассматривать как волны с длинами волн, обратно пропорциональными их массе, сказал Ланкастер. Таким образом, длина волны такой светлой частицы будет составлять тысячи световых лет.
Поэтому нечеткой темной материи будет сложнее слипаться, чем холодной темной материи. При моделировании Ланкастер и его соавторы показали, что холодная вселенная темной материи будет иметь галактики, которые относительно быстро формируются из сферических гало.
Но вместо этого нечеткая темная материя объединится в длинные тонкие цепочки материала - «более гигантские нити, чем комковатые галактики», сказал Ланкастер, - и тогда галактики будут рождаться больше и позже. Темной материи также будет сложнее накапливаться в центрах галактик, что может объяснить, почему астрономы не наблюдают эту комковатость, когда смотрят на галактики.
Такие инструменты, как Большой синоптический обзорный телескоп (LSST) в Чили и телескопы 30-метрового класса, строящиеся по всему миру, скоро смогут вернуться к некоторым из самых ранних дней вселенной. Ожидается, что они начнут собирать данные в следующем десятилетии, что означает, что «мы либо начнем видеть эффекты нечеткой темной материи, либо начнем исключать их», сказал Ланкастер.
Хотя другие исследователи размышляли о нечеткой темной материи, новые симуляции делают более тщательную работу по выяснению ее космологических эффектов, говорит Джеремия Острикер, астрофизик из Колумбийского университета, который не принимал участия в работе.
«Это помогает наметить детали формирования структуры в этой теории вариантов», - добавил OStriker. «И это одна из самых интересных альтернативных теорий».
Ланкастер сказал, что будущая симуляция его команды может быть сосредоточена на получении более подробной информации о влиянии нечеткой темной материи, что может дать астрономам лучшее представление о том, что они могут ожидать увидеть через свои телескопы.
- 18 самых больших неразгаданных тайн в физике
- 12 самых странных объектов во вселенной
- Космические рекордсмены: 12 самых больших объектов во вселенной
