Це неможливо: темна матерія поводиться не так, як припускали вчені

Стандартна космологічна модель, що описує еволюцію Всесвіту, називається моделлю Лямбда-CDM. Ключовим елементом моделі є те, що темна матерія є холодною, а її частинки не можуть стикатися одна з одною. Однак нове дослідження, опубліковане в журналі The Astrophysical Journal, ставить під сумнів головну космологічну модель. Вчені вважають, що темна матерія може взаємодіяти сама з собою, і цим можна пояснити існування аномального скупчення галактик, якого не повинно бути, пише Phys.

На відстані 7 мільярдів світлових років від нас розташоване дивне скупчення галактик під назвою "Ель Гордо". Воно складається з двох підскуплень галактик, які зіштовхуються одна з одною зі швидкістю в кілька мільйонів кілометрів на годину, а їхня сумарна маса перевищує 2 квадрильйони мас Сонця. Але згідно з сучасними уявленнями про Всесвіт, це скупчення галактик занадто велике для даного етапу історії космосу, тобто 7 мільярдів років тому.

Його просто не повинно існувати, адже скупчення галактик суперечить стандартній космологічній моделі. Важко пояснити, як у рамках моделі, яка передбачає, що темна матерія є холодною, міг відносно швидко виникнути такий величезний об’єкт. Автори нового дослідження вважають, що це можна пояснити тим, що частинки темної матерії можуть взаємодіяти між собою.

Нагадуємо, що темна матерія займає більшу частину Всесвіту, але вона не взаємодіє зі світлом і взаємодіє зі звичайною матерією лише за допомогою гравітації. Згідно з сучасними моделями темної матерії, її частинки не можуть взаємодіяти між собою, адже вона холодна, тобто її частинки мають незначну кінетичну енергію. Якби частинки темної матерії могли стикатися одна з одною, вони б нагрівалися.

Однак вчені припускають, що модель самовзаємодіючої темної матерії може пояснити появу такого скупчення галактик, як "Ель Гордо".

Автори дослідження пропонують модель, у якій взаємодія темної матерії відбувається у двох станах. У рамках цієї дворівневої моделі більшість взаємодій частинок темної матерії є пружними. Однак при певному рівні енергії зіткнення може перевести частинку темної матерії у збуджений стан, що призводить до втрати кінетичної енергії під час зіткнення. У результаті частинки темної матерії можуть одночасно об’єднуватися в скупчення та охолоджуватися. І ця модель найкраще відповідає спостережуваним даним, отриманим під час дослідження "Ель-Гордо".

Звичайна матерія взаємодіє переважно за допомогою пружних зіткнень. Наприклад, молекули повітря в кімнаті відскакують одна від одної, майже не втрачаючи енергії, завдяки чому в приміщенні зберігається постійна температура. Якби зіткнення були непружними, із втратою енергії, то повітря в кімнаті дуже швидко стало б холодним.

Доки вчені не виявлятьмуть частинки темної матерії безпосередньо, не можна виключати найрізноманітніші сценарії того, як може поводитися ця загадкова речовина, яка сприяє утворенню галактик та скупчень галактик. Як показує це дослідження, темна матерія може поводитися зовсім інакше, ніж передбачають сучасні теорії.

Інші новини науки

• У космосі виявлено джерело аномального випромінювання: перший подібний об’єкт у Чумацькому Шляху.