Темна матерія виявилася легшою і теплішою, ніж вважалося раніше

Незважаючи на те, що темна матерія становить близько 85 відсотків всієї матерії у всесвіті, її дуже складно визначити. Щоб з'ясувати, що це таке, велика частина пошуку присвячена виключенню того, що не є темною матерією, і тепер фізики зі Стенфорда і лабораторії SLAC звузили кордони ще більше.

Використовуючи спостереження галактик, що обертаються навколо Чумацького Шляху, команда вчених виявила, що темна матерія, ймовірно, легше, ніж вважалося раніше, і взаємодіє з нормальною матерією ще менше.

Темна матерія називається так тому, що вона не випромінює і не реагує на світло яким-небудь чином і рідко взаємодіє зі звичайною матерією, що робить її майже невидимою для нас. Єдиний спосіб дізнатися що-небудь - це її гравітаційний вплив на те, що ми бачимо.

Що таке темна матерія насправді і які її властивості, залишається відкритим для обговорення, але вчені розробили кілька моделей.

Одна з найбільш поширених моделей відома як модель лямбда холодної темної матерії (Lambda CDM), і вона передбачає кілька речей про неї: «холодна» означає, що вона рухається набагато повільніше, ніж швидкість світла, і крім того, вона дуже рідко взаємодіє зі звичайною матерією.

Лямбда-CDM модель також говорить нам, що темна матерія зіграла життєво важливу роль у формуванні всесвіту, яким ми його знаємо. У перші «дні» виникнення всесвіту темна матерія мала тенденцію збиратися разом у «гало». У кінцевому рахунку гравітація притягувала регулярну матерію до цих блоків, в результаті чого галактики утворювали структури, схожі на гігантські виблискуючі павутини.

Хоча ця модель добре працює для пояснення таких великомасштабних структур, вона має тенденцію розпадатися при застосуванні до менших масштабів, таких як окремі галактики. Наприклад, модель пророкує, що навколо нашого власного Чумацького Шляху повинні обертатися тисячі менших галактик-супутників, але на даний момент виявлені тільки 59.

Вчені в новому дослідженні використовували це як відправну точку для налаштування моделі. Вони запустили моделювання того, як виглядає всесвіт, коли він заповнений темною матерією з різними властивостями, а потім наклали отримані гало темної матерії на відому структуру галактик-супутників Чумацького шляху, щоб побачити, наскільки добре все підходить.

Вони виявили, що для того, щоб все було акуратно поєднано, темна матерія повинна мати меншу масу і повинна бути «більш теплою» (тобто рухатися трохи швидше), ніж передбачалося раніше. Схоже, що вона рідше взаємодіє зі звичайною речовиною - приблизно в тисячу разів слабкіше, ніж попередня межа. Це може пояснити, чому жоден з численних експериментів, призначених для виявлення таких взаємодій, ще не зареєстрував жодних сигналів.

«Що дійсно цікаво, так це те, що наше дослідження чудово пов'язує експериментальні спостереження слабких галактик сьогодні з теоріями темної матерії та її поведінки в ранньому Всесвіті», - говорить Етан Надлер, провідний автор дослідження. "Хоча ми досі не знаємо, з чого складається темна матерія, наші результати - це крок вперед, який встановлює більш жорсткі обмеження на те, чим насправді може бути темна матерія.

Звичайно, дискусія про темну матерію далека від завершення. Інші дослідження припускають, що таємничий матерія може перебувати в нечітких і збуджених станах, що складаються з електрично заряджених частинок, збиратися в «волосини» навколо планет або існувати як якась «темна рідина» з негативною масою.

Дослідження було опубліковано в Astrophysical Journal Letters.

Моделюваний розвиток темної матерії можна побачити на відео нижче.