Nauji modeliavimai rodo, kad tamsioji medžiaga, nematoma medžiaga, kuri sudaro didžiąją visatos masės dalį, gali susiburti į atomus. Šie „tamsieji atomai“ gali radikaliai pakeisti galaktikų evoliuciją ir žvaigždžių formavimąsi, suteikdami astronomams naują galimybę suprasti šią paslaptingą medžiagą.
Tamsioji medžiaga sudaro daugiau nei 80% visų visatos galaktikų ir galaktikų spiečių masės. Visi mūsų stebėjimai rodo, kad tamsioji medžiaga yra kažkokia nauja dalelė, kuri nesąveikauja su įprasta medžiaga ar net su šviesa. Tamsiąją materiją galime atpažinti tik per gravitacinę sąveiką su viskuo kitu. Kad ir kokia būtų tamsioji materija, ji yra už mūsų šiuolaikinio fizikos supratimo ribų. Tačiau jis vis dar turi masę, taigi ir gravitaciją.
Mes dar nežinome, ar tamsioji medžiaga yra paprasta, ar sudėtinga. Jį gali sudaryti tik vieno tipo dalelės, kurios dominuoja visatoje ir beveik nesąveikauja net su savimi. Arba jis gali būti sudarytas iš kelių tipų dalelių, kurių įvairovė yra tokia pati, kokią matome įprastoje medžiagoje. Be to, žinome tik keturias pagrindines gamtos jėgas: gravitaciją, elektromagnetizmą, stiprią branduolinę sąveiką ir silpnąją branduolinę sąveiką. Tačiau gali atsirasti papildomų jėgų, kurios veikia tik tarp tamsiosios medžiagos dalelių ir visiškai neveikia normalios medžiagos.
Papildomų tamsiosios medžiagos dalelių ir tamsiųjų jėgų samprata nėra tokia tolima, kaip gali atrodyti. Mūsų fizikos supratimas grindžiamas simetrija, kuri yra gilūs matematiniai ryšiai tarp dalelių. Gali būti, kad gamtos dėsniuose yra papildomų simetrijų, dėl kurių tamsioji materija yra normalios materijos atitikmuo, ir kad bet kokiai sąveikai, kurią gali atlikti normali materija, yra atitikmuo tamsiajame sektoriuje.
Pavyzdžiui, iš įprastos materijos galime sukurti paprastus atomus: protoną ir elektroną, sujungtus vienas su kitu, su fotonu, elektromagnetinės jėgos nešikliu, kuris tarpininkauja sąveikai. Taip pat galime turėti tos pačios tamsiosios materijos struktūros versiją, kai tamsusis protonas, susietas su tamsiaisiais elektronais tamsiaisiais fotonais: tamsiaisiais atomais.
Atominė tamsioji medžiaga elgtųsi daug kitaip nei tamsioji medžiaga, kurią sudaro tik viena dalelė. Svarbiausia, kad paprastai tamsiajai medžiagai būtų labai sunku sulipti, ir tai įvyktų lėtai, per šimtus milijonų metų. Paprastoji medžiaga kaupiasi šiuose lygiuose tamsiosios medžiagos gumuluose ir sudaro galaktikas, tačiau kitaip jos gyvena atskirai. Tačiau atominė tamsioji medžiaga gali sudaryti savo šešėlines galaktikas – į diską panašias struktūras, kurios imituoja matomų galaktikų dydį ir vietą.
Astrofizikų komanda pasinaudojo šia intriguojančia galimybe modeliuoti galaktikų evoliuciją ir pažiūrėti, kokie pastebėti skirtumai gali atsirasti. Jie leido atominei tamsiajai medžiagai vystytis pagal savo jėgas ir tada ištyrė, kaip šios naujos struktūros paveiks matomas galaktikas per naują gravitacijos organizaciją. Balandžio mėnesį jie paskelbė savo rezultatus internetinėje išankstinio spausdinimo duomenų bazėje ArXiv.
Tyrėjai išsiaiškino, kad net nedidelio atominės tamsiosios medžiagos kiekio – vos 6 % visos tamsiosios medžiagos Visatoje, neįskaitant likusios dalies – pakanka radikaliai pakeisti galaktikų evoliuciją. Kadangi atominė tamsioji medžiaga gali sąveikauti, ji gali lengvai kondensuotis, prarasdama energiją, skleisdama tam tikrą tamsiosios spinduliuotės formą. Modeliavimas parodė, kad kiekvienos galaktikos viduje greitai atsiranda „tamsusis diskas“, kurio sukimasis labai sutampa su matomų normalių komponentų sukimu.
Iš ten atominė tamsioji medžiaga toliau kondensavosi, lygiai kaip įprastos dujos kondensuojasi į debesis ir galiausiai į žvaigždes. Modeliavimo metu atominė tamsioji medžiaga suformavo savo tamsias žvaigždes ir netgi galėjo sukelti savo juodųjų skylių susidarymą. Tada šie gumulėliai nugrimzdo į galaktikos šerdį, kur tankis padidėjo.
Dėl šios papildomos gravitacijos žvaigždžių formavimasis galaktikų šerdyje paspartėja, todėl žvaigždės susidaro daug greičiau nei galaktikose, kuriose yra paprasta tamsioji medžiaga. Šie modeliavimai iš tikrųjų atmetė kai kuriuos atominės tamsiosios medžiagos modelius, nes dėl šių modelių jų galaktikose per greitai pritrūko naujos žvaigždes formuojančios medžiagos.
Tačiau kai kurie modeliai išgyveno dabartines stebėjimų ribas, todėl yra galimybė toliau egzistuoti atominė tamsioji medžiaga. Tyrėjai tikisi, kad tolesni teoriniai ir eksperimentiniai tyrimai atskleis šios intriguojančios egzotinės medžiagos formos tikimybę. Pavyzdžiui, kadangi atominė tamsioji medžiaga kondensuojasi taip efektyviai, galbūt galėsime aptikti tankius į žvaigždes panašius gumulėlius, atlikdami būsimus gravitacinius mikrolęšių tyrimus, naudodami NASA Nancy Grace kosminį teleskopą Romoje.
Taip pat skaitykite: