Materia întunecată a reprezentat multă vreme unul dintre cele mai mari mistere ale astronomiei. Ea nu poate fi văzută sau atinsă, însă influența sa gravitațională contribuie la formarea galaxiilor și a structurii la scară largă a Universului. Timp de decenii, oamenii de știință s-au bazat pe modelul materiei întunecate reci pentru a explica modul în care s-au format și au evoluat galaxiile. Acest blocaj teoretic a necesitat o schimbare de paradigmă: fără o înțelegere clară a modului în care materia invizibilă se distribuie, înțelegerea noastră asupra formării primelor galaxii rămâne incompletă. Însă, pe măsură ce telescoapele și observațiile au devenit mai precise, cercetătorii au descoperit tot mai multe caracteristici enigmatice pe care modelul standard nu reușește să le explice.
Printre cele mai mari mistere se numără concentrațiile surprinzător de scăzute de materie întunecată găsite în centrele unor galaxii pitice și aglomerările neașteptat de dense de materie întunecată deduse din efectul de lentilă gravitațională puternic. Deși aceste observații par să indice în direcții opuse, un nou studiu sugerează că ar putea avea aceeași explicație de bază.
Din ce este formată materia întunecată? Modelul cu două componente
Fizicieni de la Observatorul Purple Mountain al Academiei Chineze de Științe (CAS) propun ca materia întunecată să nu fie alcătuită dintr-un singur tip de particule. Ea ar putea fi formată, în schimb, din particule cu mase diferite.
Noul lor model de „materie întunecată cu două componente care interacționează între ele” include cel puțin două tipuri de particule de materie întunecată, una mai grea și una mai ușoară. Pe lângă interacțiunea prin gravitație, aceste particule pot intra și în coliziune directă unele cu altele. Aceste interacțiuni conduc la un proces numit segregare a masei.
În termeni simpli, particulele mai grele de materie întunecată se deplasează treptat spre centrele galaxiilor, în timp ce particulele mai ușoare se răspândesc spre exterior odată cu trecerea timpului. Cercetătorii compară acest comportament cu cel al roiurilor stelare, unde stelele cele mai masive migrează încet spre interior, iar stelele cu masă mai mică se îndepărtează de centru.
Simulările corespund observațiilor cosmice
Folosind simulări pe calculator de înaltă rezoluție combinate cu modelare teoretică detaliată, echipa a descoperit că segregarea masei reproduce în mod natural o gamă largă de observații astronomice.
În galaxiile pitice, procesul creează nuclee de materie întunecată cu densități centrale relativ scăzute, în acord cu observațiile recente privind grupările de galaxii. În medii mai mari și mai complexe, unele halouri de materie întunecată devin tot mai compacte, producând structuri dense capabile să genereze lentilare gravitațională puternică. Prin efectul de lentilă gravitațională, concentrațiile uriașe de masă deviază și curbează lumina galaxiilor din spate, funcționând ca niște lupe cosmice.
Modelul sporește, de asemenea, probabilitatea apariției evenimentelor de lentilă gravitațională la scară mică. Pe măsură ce particulele mai grele de materie întunecată se acumulează în regiuni-cheie, substructurile de materie întunecată devin mai eficiente în amplificarea luminii provenite de la galaxiile îndepărtate din fundal. Acest lucru ar putea contribui la explicarea motivului pentru care astronomii observă mai multe evenimente de lentilă gravitațională puternică la scară mică decât prevăd modelele tradiționale.
O imagine mai bogată a Universului invizibil
Cercetătorii afirmă că aceste enigme cosmologice aparent contradictorii ar putea, de fapt, să indice aceeași concluzie. În loc să necesite explicații separate, toate ar putea reflecta faptul că materia întunecată are proprietăți interne mai complexe decât se credea.
Pe măsură ce viitoarele studii astronomice și observațiile de lentilă gravitațională vor deveni și mai precise, oamenii de știință vor avea noi ocazii de a testa dacă materia întunecată este într-adevăr alcătuită din mai multe componente. Aceste „lupe cosmice” naturale ar putea oferi unele dintre cele mai puternice dovezi de până acum pentru această nouă imagine a Universului invizibil.
Rezultatele reprezintă al doilea studiu al echipei de la Observatorul Purple Mountain care explorează materia întunecată formată din două componente care interacționează între ele. Lucrarea lor anterioară, publicată în jurnalul științific Physical Review D, a examinat modul în care segregarea masei influențează gama largă de densități ale nucleului materiei întunecate observate în galaxiile pitice. Noua cercetare a fost publicată în jurnalul științific Science Bulletin. Autorii studiului sunt Daneng Yang, Yi-Zhong Fan, Siyuan Hou și Yue-Lin Sming Tsai.
Observatorul Purple Mountain, parte a Academiei Chineze de Științe, este unul dintre centrele de frunte din China pentru cercetarea materiei întunecate. Institutul joacă un rol major în detectarea indirectă a materiei întunecate prin intermediul satelitului DAMPE (Wukong) și desfășoară cercetări influente în astrofizică, cosmologie, materie întunecată și evoluția galaxiilor. Astfel, validarea acestui model al materiei întunecate prin observațiile viitoarelor telescoape și detectoare indirecte ar putea închide unul dintre cele mai mari capitole de cercetare din cosmologia modernă.
Oamenii de știință au identificat meteoritul rar care a provocat dispariția dinozaurilor, în urmă cu 66 de milioane de ani
Atmosferă incredibilă, descoperită pe o exoplanetă stâncoasă din zona locuibilă, aflată la doar 49 de ani-lumină de noi
În 1993, Rusia a construit o oglindă gigantică în spațiu ca să transforme noaptea în zi — iar acum s-ar putea să o luăm de la capăt
O axă misterioasă traversează Universul și se aliniază cu Sistemul nostru Solar — iar nimeni nu știe cu adevărat de ce
Fizicienii au reprodus în laborator procesul de extragere a energiei dintr-o gaură neagră
