Тамна материја, невидљиви материјал који чини огромну већину масе универзума, може се саставити у атоме, показују нове симулације. Ови „тамни атоми“ могу радикално да промене еволуцију галаксија и формирање звезда, дајући астрономима нову прилику да разумеју ову мистериозну супстанцу.
Тамна материја чини више од 80% масе сваке галаксије и галактичког јата у свемиру. Сва наша запажања указују да је тамна материја нека нова врста честица која не ступа у интеракцију са обичном материјом, па чак ни са светлошћу. Тамну материју можемо идентификовати само кроз њену гравитациону интеракцију са свим осталим. Шта год да је тамна материја, она је изван нашег модерног разумевања физике. Али још увек има масу, а самим тим и гравитацију.
Још не знамо да ли је тамна материја једноставна или сложена. Може се састојати од само једне врсте честица које доминирају универзумом и једва ступају у интеракцију чак ни са собом. Или се може састојати од неколико врста честица, са истом богатом разноликошћу коју видимо у обичној материји. Штавише, знамо само четири фундаменталне силе природе: гравитацију, електромагнетизам, јаку нуклеарну интеракцију и слабу нуклеарну интеракцију. Али могу постојати додатне силе које делују само међу честицама тамне материје и уопште не утичу на нормалну материју.
Концепт додатних честица тамне материје и тамних сила није тако натегнут као што се чини. Наше разумевање физике је изграђено на симетријама, које су дубоки математички односи између честица. Могуће је да постоје додатне симетрије у законима природе које чине тамну материју пандантом нормалној материји, и да за сваку врсту интеракције у коју нормална материја може да се укључи, постоји пандан у тамном сектору.
На пример, од обичне материје можемо изградити једноставне атоме: протон и електрон, међусобно повезане, са фотоном, носиоцем електромагнетне силе, који посредује у интеракцији. Такође можемо имати верзију исте структуре тамне материје, са тамним протоном везан за тамне електроне тамним фотонима: тамним атомима.
Атомска тамна материја би се понашала много другачије од тамне материје која се састоји од само једне честице. Што је најважније, било би веома тешко да се обична тамна материја згруди, и то би чинило полако, током стотина милиона година. Обична материја се скупља у овим глатким накупинама тамне материје да би формирала галаксије, али иначе воде одвојене животе. Атомска тамна материја, међутим, може да формира сопствене галаксије у сенци - структуре налик на диск које опонашају величину и локацију видљивих галаксија.
Тим астрофизичара је искористио ову интригантну могућност да моделира еволуцију галаксија и види које би уочене разлике могле настати. Дозволили су атомској тамној материји да се развија у складу са сопственим силама, а затим истражили како ће ове нове структуре утицати на видљиве галаксије кроз нову организацију гравитације. Они су своје резултате објавили у онлајн бази података прештампања у априлу арКсив.
Истраживачи су открили да је чак и мала количина атомске тамне материје – само 6% све тамне материје у свемиру, не укључујући остатак – довољна да радикално промени еволуцију галаксија. Пошто је атомска тамна материја способна за интеракцију, може се лако кондензовати, губећи енергију емисијом неког облика тамног зрачења. Симулације су показале да се "тамни диск" брзо појављује унутар сваке галаксије, чији спин се блиско поклапа са спином видљивих, нормалних компоненти.
Одатле је атомска тамна материја наставила да се кондензује, баш као што се нормални гас кондензује у облаке и на крају звезде. У симулацији, атомска тамна материја је формирала сопствене тамне звезде и чак могла да изазове формирање сопствених црних рупа. Ове накупине су затим потонуле у галактичко језгро, где се повећала густина.
Због ове додатне гравитације, формирање звезда у језгри галаксија се убрзава, формирајући звезде много брже од галаксија са једноставном тамном материјом. Ове симулације су заправо искључиле неке моделе атомске тамне материје јер су ти модели довели до тога да њихове галаксије пребрзо остану без новог материјала за формирање звезда.
Али неки модели су преживели тренутне границе посматрања, дозвољавајући даљу могућност постојања атомске тамне материје. Истраживачи се надају да ће даље теоријске и експерименталне студије бацити светло на веродостојност овог интригантног облика егзотичне материје. На пример, пошто се атомска тамна материја кондензује тако ефикасно, можда ћемо моћи да откријемо густе звездолике накупине будућим студијама гравитационог микроленсинга користећи НАСА-ин свемирски телескоп Ненси Грејс у Риму.
Прочитајте такође: