Ciemna materia zaskoczyła naukowców. Mają nową teorię

Nowa teoria oddziałującej na siebie ciemnej materii pozwoliła naukowcom wyjaśnić, dlaczego dwie odległe galaktyki z gwiazdozbiorze Wieloryba mają jej mniej, niż powinny.

Wyniki badań na ten temat opublikowano w czasopiśmie „Physical Review Letters”.

Uważa się, że większość materii we Wszechświecie to ciemna materia. Jej natura nie jest do końca znana. W przeciwieństwie do zwykłej materii nie pochłania, nie odbija ani nie emituje światła i można ją odkryć jedynie za pomocą znaków pośrednich, takich jak oddziaływanie grawitacyjne.

Aktualnie wśród naukowców dominuje teoria zimnej ciemnej materii (CDM – Cold dark matter), zgodnie z którą cząstki ciemnej materii nie zderzają się ze sobą i z cząsteczkami zwykłej materii.

Nowsza teoria oddziałującej ze sobą ciemnej materii (SIDM – Self-interacting dark materia) zakłada, że cząsteczki ciemnej materii oddziałują ze sobą za pośrednictwem tak zwanej ciemnej siły.

Obie teorie wyjaśniają, w jaki sposób powstaje ogólna struktura Wszechświata, ale na różne sposoby opisują rozmieszczenie ciemnej materii w wewnętrznych obszarach galaktyk. Naukowcy ze Stanów Zjednoczonych i Chin porównali, jak obie te teorie działają na konkretnym przykładzie dwóch galaktyk z gwiazdozbioru Wieloryba.

Galaktyki NGC 1052-DF2 i NGC 1052-DF4, towarzyszące większej NGC 1052, znajdują się około 65 milionów lat świetlnych od nas i należą do klasy ultra-dyfuzyjnej, ponieważ ich jasność jest bardzo niska. Założono, że przy niewielkiej liczbie gwiazd udział ciemnej materii w takich galaktykach jest szczególnie wysoki, ale obserwacje wykazały coś przeciwnego.

Badacze postawili hipotezę, że galaktyki te utraciły większość swojej ciemnej materii z powodu grawitacyjnego wpływu ich masywnej sąsiadki NGC 1052. Aby przetestować tę ideę, przeprowadzili symulacje komputerowe tego procesu, opierając się na modelach CDM i SIDM.

„Powszechnie przyjmuje się, że ciemna materia dominuje nad całkowitą masą galaktyki” – powiedział Hai-Bo Yu, profesor fizyki i astronomii, który kierował badaniami, cytowany w komunikacie prasowym Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside.

Obserwacje NGC 1052-DF2 i NGC 1052-DF4 pokazują jednak, że stosunek ciemnej materii do ich mas gwiazdowych wynosi około jedności, czyli 300 razy mniej niż oczekiwano. Aby wyeliminować rozbieżność, obliczyliśmy, że halo DF2 i DF4 może stracić większość swojej masy z powodu interakcje z masywną galaktyką NGC 1052 – wyjaśnił naukowiec.

Okazało się, że nowa teoria znacznie lepiej wyjaśnia utratę ciemnej materii przez galaktyki DF2 i DF4 niż tradycyjna. W modelu CDM wewnętrzne halo ciemnej materii musi być zbyt sztywne i odporne na siły pływowe z pobliskiej masywnej galaktyki, podczas gdy naukowcy obserwują coś zupełnie innego. Z drugiej strony model SIDM pokazuje, że w tym scenariuszu cząstki ciemnej materii są wypychane z wewnętrznych obszarów galaktyk do zewnętrznych, zmniejszając siłę halo.

Idea istnienia niewidzialnej ciemnej materii pojawiła się w latach 30. XX wieku, kiedy astrofizycy zauważyli, że odległe galaktyki poruszają się znacznie szybciej, niż powinna na to pozwalać ich widoczna masa.