Przez dziesięciolecia ciemna materia pozostawała najbardziej nieuchwytnym „duchem” we Wszechświecie. Chociaż stanowi zdumiewającą 85% całej materii w kosmosie, pozostaje niewidoczna dla naszych teleskopów; możemy go wykryć jedynie na podstawie efektu grawitacyjnego, jaki wywiera na gwiazdy i galaktyki, które widzimy.
Do tej pory panował konsensus naukowy, że ciemna materia jest „zimna”, co oznacza, że porusza się powoli i przechodzi przez siebie oraz inne cząstki, nie wchodząc z nimi w interakcję. Jednak nowe badania sugerują, że model ten może być niekompletny. Naukowcy przedstawiają nowego kandydata: oddziałującą ciemną materię (SIDM).
Koncepcja: wszechświat, w którym cząstki „zderzają się”
Podstawową różnicą pomiędzy standardową ciemną materią a SIDM jest zachowanie cząstek. W tradycyjnym modelu cząstki ciemnej materii przypominają duchy przechodzące przez ściany. W modelu SIDM zachowują się bardziej jak ludzie w zatłoczonym pomieszczeniu, ciągle na siebie wpadający.
Według badań prowadzonych pod kierunkiem Hai-Bo Yu zderzenia te umożliwiają cząstkom ciemnej materii wymianę energii. Proces ten może wywołać zjawisko znane jako zapadanie się grawotermiczne, podczas którego cząstki ciemnej materii zlepiają się, tworząc niezwykle gęste, zwarte jądra. Jądra te mogą być masywne – około milion razy cięższe od naszego Słońca.
Rozwiązanie trzech kosmicznych tajemnic
Tym, co czyni tę teorię szczególnie przekonującą, jest jej zdolność do wyjaśnienia trzech odrębnych anomalii astronomicznych, które od dawna wymykają się wyjaśnieniom w ramach standardowego modelu „zimnej” ciemnej materii:
- Anomalie soczewkowania grawitacyjnego: Astronomowie odkryli w odległym Wszechświecie supergęste obiekty, które wzmacniają światło odległych galaktyk w sposób, którego standardowa ciemna materia nie jest w stanie wyjaśnić.
- Blizna po strumieniu gwiazd GD-1: W naszej własnej galaktyce Drogi Mlecznej strumień gwiazd znany jako GD-1 nosi ślady „rozerwania” przez niewidzialny zwarty obiekt, pozostawiając po sobie wyraźny ślad strukturalny.
- ** Gromada gwiazd Fornax 6:** W galaktyce satelitarnej w pobliżu Drogi Mlecznej znajduje się dziwna, ciasno zgrupowana gromada gwiazd zwana Fornax 6. Według teorii SIDM gęsta gromada ciemnej materii może działać jak pułapka grawitacyjna, wciągając przechodzące gwiazdy w zwartą, ciasną gromadę.
„Zadziwiające jest to, że ten sam mechanizm działa w trzech zupełnie różnych warunkach – w odległym Wszechświecie, wewnątrz naszej galaktyki i w sąsiedniej galaktyce satelitarnej” – mówi profesor Yu.
Dlaczego to jest ważne?
Badanie to, opublikowane w czasopiśmie Physical Review Letters, reprezentuje potencjalną zmianę w sposobie mapowania architektury Wszechświata. Jeśli ciemna materia rzeczywiście oddziałuje ze sobą, oznacza to, że „niewidzialny” szkielet naszego Wszechświata jest znacznie bardziej dynamiczny i złożony strukturalnie, niż wcześniej sądzono.
Proponując pojedynczy mechanizm — zapadnięcie grawitermiczne — w celu wyjaśnienia zjawisk w bardzo różnych skalach i lokalizacjach, SIDM zapewnia uniwersalne rozwiązanie problemów, które wcześniej wydawały się niepowiązane.
Wniosek
Jeśli zostanie potwierdzony, model SIDM zmieni nasze rozumienie ciemnej materii z pasywnej, widmowej obecności w aktywną siłę zdolną do kształtowania samej struktury galaktyk. Mogłoby to w końcu wypełnić lukę między naszymi modelami matematycznymi a dziwną rzeczywistością fizyczną, którą obserwujemy w głębinach kosmosu.
