Всичко, което знаем за тъмната материя е свързано с нейното влияние върху обикновената материя, и въпреки че обяснява Вселената много добре, все още има много съмнения относно истинската й природа (и дори дали съществува), тъй като не може да се наблюдава директно.

В продължение на десетилетия, теоретици са се опитвали да разберат свойствата на частиците и силите, които съставят тъмната материя. Предлагани са от нови частици до примодиални черните дупки като кандидати за частици тъмна материя.

В новото проучване международен екип учени, ръководен от Вид Иршич (Vid Iršič) от Университета на Вашингтон, с помощта на данни от наблюдения на междугалактическата среда, се опитва да стесни рамките на естеството на тъмната материя. 

Изследването, публикувано в Physical Review Letters, поставя под въпрос относително новата теория за "размитата тъмна материя" и накланя везните в полза на друг модел - "студената тъмна материя". Техните заключения трябва да помогнат за откриване на мистериозната субстанция, съобщава сайтът на Университета на Вашингтон.

Студената тъмна материя

Студената тъмна материя е по-ранната от двете теории, датираща от 80-те години, а сега тя е стандартен модел на тъмната материя. Теорията гласи, че тъмната материя се състои от относително масивни, слабовзаимодействащи, бавно движещи се частици. Това помага да се обясни уникалната мащабна структура на Вселената, като например защо галактиките са склонни да се събират в по-големи групи.

Но теорията на студената тъмна материя има някои пропуски и несъответствия. Например, тя прогнозира, че Млечният път трябва да има стотици сателитни галактики. Вместо това, ние имаме само няколко десетки малки, близки съседи.

^{Клъстерът Абел 383, един от 13-те обекта, използвани за тестване на идеята за "размитата" тъмна материя. Източник: NASA/CXC/Cinestav/T.Bernal et al./Adam Block/Mt.Lemmon SkyCenter/U.Arizona}

Размитата тъмна материя

Новата теория на размитата тъмна материя преодолява недостатъците на предишния модел. Според нея, частиците на тъмната материя са около 10 трилиона пъти по-малки от масата на електрона, а освен това има някои любопитни квантовомеханични особености.

Принцип на квантовата механика е, че основните градивни елементи на материята са едновременно и частици, и вълни, въпреки че ние сме склонни да ги описваме само като частици за удобство при приближение. Много от фундаменталните частици в нашата Вселена, когато се движат на дълги разстояния, могат да се опишат с помощта на принципите на класическата Нютонова физика.

Но тези малки частици тъмна материя, може да са с маса само оскъдна част от електрона, но тяхната дължина на вълната е 3000 светлинни години. Такава огромна дължина на вълната (около 3% от размера на Млечният път) създава постоянен контакт между частиците тъмна материя, малко като повърхността на езерце в буря. На тези големи мащаби, квантовите механични свойства оказват влияние върху галактически вместо атомни мащаби.

Междугалактическата среда

Имайки предвид тези две теории Вид Иршич и колегите му се опитват да определят свойствата на загадъчната субстанция на базата на нови наблюдения на междугалактическата среда (IGM), която се състои от тъмна материя, водороден газ и малко количество хелий. Водородът в IGM поглъща светлината, излъчвана от далечни ярки обекти, и астрономите изучават тази абсорбцирането поглъщане в продължение на десетилетия с помощта на инструменти на Земята. 

В новата работа екипът, с помощта на суперкомпютъра в Университета в Кеймбридж (Великобритания), моделира междугалактическата среда, и изчисли какъв тип частици тъмна материя ще съответства на наблюденията. Изследователите откриват, че частицата от теорията на размитата тъмна материя е просто твърде лека, за да съответства на картината на абсорбцията на водорода от IGM. От друга страна, по-тежките частици, като тези, каквито прогнозира традиционната теория на студената тъмна материя, се съгласуват с тяхната симулация.

^{Тези изображения изобразява абсорбцията на светлината от водороден газ в IGM, с светли области, показващи висока плътност на газз. Кривите също показват абсорбцията на водорода. Вляво е симулация на базата на стандартния модел студена тъмна материя. Вдясно е симулация на базата на размитата тъмна материя. Лявата крива е по-съвместима с анализа на даннита. Vid Iršič}

Заключения

"Масата на частицата трябва да бъде по-голяма от тази, предсказана от теорията на размитата тъмна материя. Свръхлеката "размита" частица може да съществува, но тя не може да обясни защо се формират галактичните клъстери и не отговаря на въпроса за липсата на сателитни галактики около Млечния път. По-тежката "студена" частица в в съответствие с астрономическите наблюдения и симулации на IGM", - обяснява Вид Иршич. 

Моделирането не отчита всички стари недостатъци на теорията за студената тъмна материя, но учените смятат, че по-нататъшно проучване на IGM може да помогне за разгадаването на вида на частицата или видовете частици, от които се състои.

Освен това, някои учени смятат, че в теорията за студената тъмна материя по принцип няма недостатъци - учените просто не могат да разберат напълно сложните взаимодействия между тъмната и нормалната материя в IGM, добавя Иршич.

'Във всеки случай, IGM е основният изпитателен полигон за изучаване на тъмната материя" - заключава Вид Иршич.

Още по темата

02/07/2017

Космос

Дебатът има ли тъмна материя продължава

14/04/2017

Космос

Заснеха първия "образ" на мрежа тъмна материя, свързваща галактики

26/08/2016

Космос

Откриха галактика с 99.99% тъмна материя, почти без звезди

25/05/2016

Космос

Учен твърди, че има връзка между първичните черни дупки и тъмната материя (видео)