Темна матерія, невидимий матеріал, який становить переважну частину маси Всесвіту, може збиратися, утворюючи атоми, показує нове моделювання. Ці «темні атоми» можуть радикально змінити еволюцію галактик і формування зірок, даючи астрономам нову можливість зрозуміти цю таємничу речовину.
Темна матерія становить понад 80% маси кожної галактики та скупчення галактик у Всесвіті. Усі наші спостереження свідчать про те, що темна матерія — це якийсь новий вид частинок, які не взаємодіють ні зі звичайною матерією, ні навіть зі світлом. Ми можемо ідентифікувати темну матерію лише через її гравітаційну взаємодію з усім іншим. Якою б не була темна матерія, вона виходить за межі нашого поточного розуміння фізики. Але він все ще має масу, тому він все ще має силу тяжіння.
Ми ще не знаємо, чи темна матерія проста, чи складна. Він може бути зроблений лише з одного виду частинок, які домінують у Всесвіті та майже не взаємодіють навіть із собою. Або він може складатися з багатьох типів частинок, з такою ж різноманітністю, яку ми бачимо у звичайній матерії. Окрім цього, ми знаємо лише чотири фундаментальні сили природи: гравітацію, електромагнетизм, сильну ядерну силу та слабку ядерну силу. Але можуть існувати додаткові сили, які діють лише серед частинок темної матерії та взагалі не заважають нормальній матерії.
Збираючись разом
Концепція додаткових частинок темної матерії та темних сил не така надумана, як може здатися. Наше розуміння фізики ґрунтується на симетріях, які є глибокими математичними зв’язками між частинками. Цілком можливо, що існують додаткові симетрії в законах природи, які роблять темну матерію двійником нормальної матерії, і що для кожного виду взаємодії, в якому може брати участь звичайна матерія, є відповідник у темному секторі.
Наприклад, зі звичайної матерії ми можемо побудувати прості атоми: протон і електрон, пов’язані разом, з фотоном, носієм електромагнітної сили, який є посередником взаємодії. Ми також могли б мати версію темної матерії тієї самої структури з темним протоном, пов’язаним із темними електронами через темні фотони: темні атоми.
Атомна темна матерія поводилася б значно інакше, ніж темна матерія, що складається лише з однієї частинки. Найважливіше те, що простий темній матерії буде дуже важко злипатися, і робити це буде повільно протягом сотень мільйонів років. Звичайна матерія збирається в цих гладких басейнах темної матерії, утворюючи галактики, але в іншому випадку вони живуть різними способами життя. Однак атомна темна матерія може утворювати власні тіньові галактики — дископодібні структури, які імітують розмір і розташування видимих галактик.
Команда астрофізиків використала цю інтригуючу можливість, щоб змоделювати еволюцію галактик і побачити, які спостережувані відмінності можуть виникнути. Вони дозволили атомній темній матерії розвиватися відповідно до її власних сил, а потім дослідили, як ці нові структури впливатимуть на видимі галактики через нову структуру гравітації. Вони опублікували свої результати в онлайн-базі препринтів arXiv у квітні. Джерело