Темні речовини, таємнича речовина, що становить чверть маси і енергії Всесвіту, може бути виготовлена з надзвичайно крихітних і світлих частинок, свідчать нові дослідження. Ця "нечітка" форма темної матерії називається тому, що довжина хвилі цих дрібнистих частинок буде розмазана колосально величезною площею - змінила б хід космічної історії і створила довгі і хитрі нитки замість незграбних галактик у ранньому Всесвіті, відповідно до моделювання.
Отримані результати мають наслідки спостереження - майбутні телескопи зможуть зазирнути до цього раннього періоду часу та потенційно розрізнити різні типи темної речовини, що дозволить фізикам краще зрозуміти її властивості.
Темна речовина - невідома масивна речовина, що зустрічається у всьому Космосі. Він не виділяє світла - звідси і назва темна матерія - але його гравітаційні ефекти допомагають з’єднати галактичні скупчення і змусити зірки на краях галактик крутитися швидше, ніж інакше. Багато вчених вважають, що більшість темних речовин є холодними, тобто вона рухається відносно повільно. Але є зовсім інші ідеї, наприклад, можливість, щоб вона була крихітною і нечіткою, це означає, що вона рухатиметься швидко, тому що вона така легка.
"Наші симуляції показують, що перші галактики та зірки, що утворюються, виглядають у всесвіті з нечіткою темною речовиною дуже інакше, ніж у Всесвіті, де холодна темна речовина", - Лаклан Ланкастер, аспірант астрофізики в Принстонському університеті та співавтор нової статті в журналі Physical Review Letters розповів Live Science.
Ланкастер пояснив, що найпоширеніші міркування щодо темної речовини дозволяють припустити, що вона складається із слабо інтерактивних масивних частинок (WIMP), які мали б у кілька десятків чи сотень разів перевищувати масу протона. Симулятори, що використовують цей тип темної матерії, надзвичайно гарні для відновлення масштабної структури Всесвіту, включаючи величезні порожнечі порожнього простору, оточені довгими павутинними нитками газу та пилу, утворення, відоме як космічна павутина. Але на менших масштабах такі моделі містять ряд невідповідностей від того, що спостерігають астрономи у своїх телескопах. У цьому стандартному погляді темна матерія повинна накопичуватися в центрах галактик, але ніхто цього не бачив.
Навпаки, нечітка темна речовина була б розумно легкою, можливо, мільярд мільярдної мільярдної маси електрона, йдеться в повідомленні MIT. Квантова механіка стверджує, що частинки також можна розглядати як хвилі, довжини хвиль яких обернено пропорційні їхній масі, сказав Ланкастер. Таким чином, довжина хвилі такої світлової частинки склала б тисячі світлових років.
Тому нечітка темна речовина матиме важче злиття разом, ніж холодна, темна матерія WIMP. Під час симуляцій Ланкастер та його співавтори показали, що у холодному всесвіті темної матерії будуть галактики, що утворюються порівняно швидко із сферичних ореолів.
Але нечітка темна матерія замість цього зростає з довгими хитими нитками матеріалу - "більш гігантськими нитками, ніж незграбними галактиками", - сказав Ланкастер - і галактики будуть народжуватися більшими і пізніше. Темній матері також було б важче накопичуватися в центрах галактик, що потенційно може пояснити, чому астрономи не спостерігають цю грубість, коли дивляться на галактики.
Такі інструменти, як Великий синоптичний оглядовий телескоп (LSST) в Чилі та телескопи класу 30 метрів, що будуються по всьому світу, незабаром зможуть зазирнути до деяких найсвіжіших днів Всесвіту. Очікується, що вони почнуть брати дані в наступне десятиліття, а це означає, що "ми або почнемо бачити наслідки нечіткої темної речовини, або почнемо їх виключати", - сказав Ланкастер.
Хоча інші дослідники роздумували над нечіткою темною речовиною, нові симуляції виконують більш ретельну роботу над розробкою його космологічних наслідків, - сказав Єремія Острікер, астрофізик з Колумбійського університету, який не брав участі в роботі.
"Це допомагає окреслити деталі того, яким буде формування структури в цій теорії варіантів", - додав OStriker. "І це одна з найцікавіших теорій варіантів навколо".
Ланкастер заявив, що майбутні симуляції його команди можуть зосередитись на захопленні більш детальної інформації про наслідки нечіткої темної речовини, що потенційно дає астрономам краще уявлення про те, що вони можуть очікувати, щоб побачити через свої телескопи.
- 18 найбільших нерозгаданих таємниць фізики
- 12 найстрашніших об’єктів у Всесвіті
- Космічні рекордсмени: 12 найбільших об’єктів у Всесвіті
