Ученые поражены — темная материя может быть «теплой»

Ученые поражены — темная материя может быть «теплой» Ученые поражены

В прошлом веке астрономы, изучавшие движение галактик и характер космического микроволнового фонового излучения, пришли к выводу, что большая часть вещества во Вселенной не была видна. Около 84% вещества в космосе не излучает ни света, ни каких-либо других известных излучений. Это то, что называли темной материей. Одно из ее основных качеств заключается в том, что он взаимодействует с другим веществом только под действием силы тяжести: например, она не несет электромагнитного заряда.

Темная материя также является «темной», потому что она таинственна: она не состоит из атомов или их обычных составляющих, таких как электроны и протоны. Физики элементарных частиц представили новые виды материи, согласующиеся с известными законами Вселенной, но до сих пор ни один из них не был обнаружен, и их существование не было подтверждено. Открытие Большим адронным коллайдером бозона Хиггса в 2012 году вызвало всплеск оптимизма в отношении того, что частицы темной материи скоро будут обнаружены, но до сих пор не было обнаружено ни одной из них.

Астрономы понимают, что темная материя является доминирующим компонентом материи во Вселенной. Каким бы ни был его характер, он сильно повлиял на эволюцию галактических структур и распределение космического микроволнового фонового излучения (CMBR). Примечательно согласие между значениями ключевых космических параметров (таких как скорость расширения), полученных из наблюдений двух совершенно разных видов крупномасштабных космических структур, галактик и CMBR. Это говорит в пользу инфляционных моделей большого взрыва, которые включают роль темной материи.

Современные модели темной материи предполагают, что она «холодная», то есть она не взаимодействует с какими-либо другими видами материи или излучением (или даже с самим собой) за пределами влияния гравитации. Поэтому эту версию космологии называют сценарием холодной темной материи. Но космологи задаются вопросом, могут ли более точные наблюдения исключить даже небольшие уровни взаимодействия. Астроном CfA Sownak Bose руководил группой коллег в исследовании одной очень популярной (хотя и спекулятивной) частицы «темной материи», которая обладает способностью взаимодействовать с очень легкими частицами, которые движутся со скоростью, близкой к скорости света. Эта версия формирует один из нескольких возможных сценариев существования теплой темной материи (возможно, более точно называется взаимодействующей темной материей). В частности, гипотетическим частицам разрешено взаимодействовать с нейтрино (ожидается, что нейтрино чрезвычайно много в горячей ранней Вселенной).

Ученые использовали современное космологическое моделирование формирования галактики в модельной вселенной с этим типом теплой темной материи. Они обнаружили, что для многих наблюдений эффекты слишком малы, чтобы быть заметными. Тем не менее, характерная черта этой теплой темной материи присутствует в некоторых отличных отношениях, и, в частности, в том, как отдаленные галактики распределены в пространстве. Это можно проверить путем картирования галактик, глядя на их газообразный водород. Авторы приходят к выводу, что будущие высокочувствительные наблюдения должны быть в состоянии сделать эти тесты. Подробные новые карты распределения поглощения газообразного водорода могут быть использованы для того, чтобы поддержать или исключить эту возможность существования теплой темной материи и пролить свет на этот таинственный космический компонент.

logo