Питання про те, з чого складається темна матерія, є ключовим у розумінні сучасного Всесвіту. Основні гіпотези з цього приводу останніми роками поставили під сумнів через різні спостереження. Тепер до них додалося ще одне: поведінка карликових галактик у Всесвіті в принципі несумісна з моделлю холодної темної матерії, яка ще недавно була загальноприйнятою. Астрофізики з Китаю та США проаналізували, наскільки сильно групуються відносно щільні групи карликові галактики. З їхньої когорти були виключені галактики-супутники, щоб обурення від їх масивніших галактик-господарів не внесли шуму в результати. Результати виявилися абсолютно несподіваними, роботу про це опублікували в журналі Nature.
Карликові галактики зі «Слоунівського цифрового огляду неба» ділять на дві групи: компактні, де зірки розкидані на менших відстанях одна від одної, і дифузні, у яких відстані між світилами, що їх складають, набагато більше. Дослідники виявили, що розсіяні (дифузні) карликові галактики набагато частіше виявляються поряд одна з одною, ніж компактні. Це не виглядає логічним, оскільки гравітаційна взаємодія між ними має йти навіть слабше (або як мінімум не сильніше), ніж серед компактних.
Коли вчені спробували знайти кореляцію між масою галактики, що оцінюється, а майже всі галактики в основному складаються з темної матерії, розкиданої навколо неї, в так званому темному гало, то не відшукали її. Проте її виявили між двома іншими величинами: дифузні галактики групувалися тоді, коли темні гало, в яких вони існували, були давніми. Молодші гало виявилися характерними для компактних карликових галактик.
Важливість цього спостереження у цьому, що моделі формування галактик, засновані на стандартної космологічної моделі (тобто уявлення про холодної темної матерії), що неспроможні пояснити жодну з цих закономірностей. Якщо темна матерія складається із слабовзаємодіючих (тільки через гравітацію) з навколишнього Всесвіту частинок, то поведінка старих і молодших темних гало має бути дуже схожою. А галактики, що знаходяться в них, не повинні групуватися по-різному: сильніші для дифузних і слабкіші для компактних.
Астрофізики спробували пояснити цю суперечність, залучаючи концепцію самовзаємодіючої темної матерії. Вона з’явилася у 2000 році і набрала популярності останні п’ять років, коли стало зрозуміло, що модель холодної темної матерії в глибокій кризі, оскільки розходиться зі спостереженнями астрономів. У межах неї частинки темної матерії повинні мати якісь ще (тобто негравітаційні) типи взаємодій між собою, як, припустимо, частки звичайної матерії мають сильну та слабку або електромагнітну взаємодію.
Якщо темна матерія справді така, її частки гало галактик можуть обмінюватися енергією, запускаючи складні процеси перерозподілу темної матерії всередині гало. У такому разі, припустили дослідники, гало здатне розширюватися. Від цього гравітація у його центрі слабшає, що дозволяє карликовим галактикам утворюватися більш розсіяними (дифузними). Але оскільки розмір таких гало більший, їм простіше притягувати до себе інші карликові галактики, які зрештою групуються щільніше.
Навпаки, у молодих гало щільність темної матерії в центрі вища, що робить самі галактики компактнішими. Але діаметр гало (через його вищу щільність) менше, чому притягувати інші галактики йому складніше.
Пояснення нових даних має свої вузькі місця. Річ у тому, що багато інших астрофізичних спостережень (зокрема, у скупченні галактик «Куля») вже кілька років тому показали, що темна матерія не може взаємодіяти сама з собою навіть при зіткненнях — інакше вона б уповільнювала швидкості зіткнень галактик та їх систем сильніше, ніж фіксують астрономи. На цій основі багато вчених давно критикують саму ідею, що темна матерія складається з частинок (будь-яких), оскільки якби вона складалася з них, уповільнення скупчень галактик при зіткненнях було б істотно вище.
В якості альтернативи астрофізики стали висувати концепцію MACHO, за найбільш популярним варіантом якої темна матерія складається з компактних кульових скупчень чорних дірок. Якщо це так, їх скупчення можуть еволюціонувати складніше, ніж у стандартній космологічній моделі, де темна матерія розподілена в гало галактик рівномірно, у вигляді невидимих частинок. Це пояснило б схильність карликових галактик «групуватися» у тісніші формації.