Згустки темної матерії можуть непомітно дрейфувати нашою галактикою

Гіпотетична “темна сила” космосу може рухати цілі хмари невидимої матерії та формувати з них невеликі структури. На думку астрофізиків, вони можуть вільно плавати у Чумацькому шляху та інших галактиках.

Якщо на темну матерію діють схожі сили, вона може не лише формувати скупчення навколо галактик, але й розпадатися на дрібніші – так само, як звичайна матерія стискається у зорі та планети.

Насправді, тисячі дрібних згустків темної матерії можуть блукати Чумацьким шляхом та становити 1/10 від загальної маси гіпотетичної субстанції, яка оточує галактику, якщо вірити дослідженню, опублікованому у журналі Physical Review Letters.

Темна матерія є необхідним елементом, аби пояснити механіку руху зір у галактиках. Без наявності додаткового джерела маси, астрономи опиняються у скрутному становищі, адже видима (у телескопи) матерія не може пояснити швидкості, з якими рухаються зорі. Дані спостережень змушують вчених припускати існування навколо галактик сферичного “гало” з невидимих частинок. А що ви б робили на їхньому місці?

Порівняння руху галактик сьогодні та у віддаленому Всесвіті (10 мільярдів років тому). Спостереження показали, що у молодому Всесвіті “домінувала” баріонна матерія (звичайна). Сьогодні вплив темної матерії, яка тримає зорі у купі на великих швидкостях обертання в галактиках, виявляється сильніше. Джерело: ESO/L. Calçada

Тепер дослідники починають думати, що саме гало є лише частиною історії.

“У дійсності, ми не знаємо, що робить темна матерія у менших масштабах,”

– пояснює фізик-теоретик Метью Баклі, який є співавтором дослідження –

“Більш складні структури можуть ховатися всередині гало.”

Як це відбувається у темної матерії?

Щоби колапсувати у менші структури, частинкам темної матерії також необхідно якимось чином витрачати енергію. Якщо вони не втрачатимуть швидкість по мірі того, як гравітація притискатиме їх до центру скупчення, вони будуть скоріше прослизати повз, а не “наліплюватись” одна на одну.

У знайомої нам матерії ця втрата енергії (швидкості) відбувається через електромагнітні взаємодії. Але тут виникає одна складність: досі вчені вважали найбільш імовірним кандидатом на частинку темної матерії слабковзаємодіючу масивну частинку або вімп. Проте, за законами квантової механіки, вімпи не здатні обмінюватися енергією у такий спосіб.

Темна матерія - симуляція
Симуляція структур темної матерії у можливому Всесвіті. Джерело: Tom Abel & Ralf Kaehler (KIPAC, SLAC), AMNH

Баклі та його колега ДіФранзо вирішили уявити, що могло б трапитися, якби “темний електромагнетизм” дозволив частинкам темної матерії взаємодіяти між собою та випромінювати енергію. Звісно, цього було недостатньо, і вони почали думати про темну матерію як темне віддзеркалення звичайної матерії. Якби темна матерія складалася з двох типів заряджених частинок – темного протона та темного електрона? Такі частинки могли б взаємодіяти між собою та утворювати темні атоми та, наприклад, випромінювати світло з темних фотонів, аналога нашого світла для темної матерії. Чому ні, якщо ми вже отримали атоми з антиматерії на Землі?

Врешті-решт, це привело дослідників до думки, що малі хмари темної матерії могли б колапсувати у невеликі структури. Водночас, великі скупчення, як ті, що оточують галактики, не змогли б цього зробити, оскільки мали б забагато енергії, щоби позбутися її таким шляхом.

Ніяких темних зір

Вчені вирішили провести моделювання та обрали різні числа для маси гіпотетичних частинок темної матерії. Так вони змогли підрахувати можливі розміри та масу згустків темної матерії, що гіпотетично блукають у Чумацькому шляху.

Згідно зі сценарієм Баклі та ДіФранзо, темна матерія не в змозі стиснутися до розмірів зорі. Розрахунки показали, що перш ніж згусток досягне потрібного розміру, матерія більше не зможе витрачати залишки енергії. Тому окремий згусток сягатиме не менше декількох сотень світлових років у діаметрі.

На думку астрофізика з Фермілаб Дена Хупера, результати роботи:

“цікаві та свіжі… проте це залишає багато відкритих питань.”

Вчений погоджується, що без додаткових відомостей про темну матерію буде важко спрогнозувати, як саме виглядатимуть такі структури.

Нові можливості

Дослідники вже вивчали гравітаційні ефекти, які виникають від невідомих об’єктів зоряних розмірів, та які можуть складатися зі звичайної чи темної матерії. Астрономам вони відомі як масивні компактні гало об’єкти (MACHO). Однак такі об’єкти виявилися надто рідкісними аби пояснити хоча б частину утворень темної матерії.

З іншого боку,

“що як вони колапсували в об’єкти розміром з Сонячну систему?”

– зазначає Хупер.

Об’єкті, які уявляє Хупер, ще ніхто не викреслив зі списку.

Протягом десятиліть вчені зосереджувались на пошуках вімпів, які так і не з’явились у полі зору найвитонченіших детекторів людства. Тому зараз у астрономічній спільноті з’явилось пожвавлення: науковці шукають нові ідеї того, чим може бути темна матерія.

Сподобалась стаття? Придбайте нам , а ми напишемо ще.
Повідомити про помилку: підкресліть текст та натисніть CTRL+Enter або