W centrum galaktyk spiralnych – tych bliskich nas, ale także tych oddalonych o miliardy lat świetlnych – znajduje się rozległy obszar sferyczny złożony z cząstek ciemnej materii. Region ten ma dwie definiujące właściwości: stałą gęstość poza pewnym promieniem, która rozszerza się dramatycznie w czasie, podczas gdy gęstość maleje. Sugeruje to, że istnieje bezpośrednie oddziaływanie między cząstkami elementarnymi tworzącymi halo ciemnej materii a tymi, które tworzą zwykłą materię – protonami, elektronami, neutronami i fotonami. Spekulujemy, że ta hipoteza jest bezpośrednio sprzeczna z obecną dominującą teorią używaną do opisu wszechświata – znaną jako Lambda-Cold Dark Matter – która zakłada, że cząstki zimnej ciemnej materii są obojętne i nie oddziałują z żadną inną cząsteczką poza grawitacją.
Te ważne odkrycia zostały przedstawione w nowym badaniu, opublikowanym niedawno w prestiżowym czasopiśmie Astronomia i astrofizyka Magazyn, który badał dużą liczbę odległych galaktyk, oddalonych o około siedem miliardów lat świetlnych. Badanie przeprowadzone przez Gauri Sharmę i Paolo Salucci z SISSA wraz z Glennem van de Venem z Uniwersytetu Wiedeńskiego pozwala na świeże spojrzenie na jedną z największych tajemnic współczesnej fizyki. Według autorów, te nowe badania stanowią krok naprzód w naszym zrozumieniu ciemnej materii, nieuchwytnego pierwiastka w naszym wszechświecie, który został postawiony w oparciu o jego możliwy do wykazania wpływ na ciała niebieskie, ale nie został jeszcze bezpośrednio udowodniony. Dzieje się tak pomimo wielu ukierunkowanych obserwacji astrofizycznych i eksperymentów przygotowanych w tym celu w dedykowanych laboratoriach podziemnych.
Badanie ciemnej materii w odległych galaktykach
Ciemna materia stanowi około 84% masy we wszechświecie: „Jej dominująca obecność we wszystkich galaktykach wynika z faktu, że gwiazdy i gaz wodorowy poruszają się, jakby były rządzone przez niewidzialny pierwiastek”. Jak dotąd próby jej badania koncentrowały się na galaktykach zbliżonych do naszej: „Jednak w tym badaniu”, wyjaśnia, „po raz pierwszy staraliśmy się zaobserwować i określić ilościowo rozkład masy galaktyk spiralnych przy użyciu tej samej morfologii, co te znajdujące się w pobliżu, ale znacznie dalej, a więc o około siedem. Chodzi o to, że przodkowie galaktyk spiralnych, takich jak nasza, mogą dostarczyć kluczowych wskazówek na temat natury cząstki w sercu układanki ciemnej materii”. Paolo Salucci dodaje: „Poprzez badanie ruchu gwiazd w prawie 300 odległych galaktykach, odkryliśmy, że obiekty te zawierają również halo ciemnej materii, a zaczynając od centrum galaktyki, halo to faktycznie ma obszar o stałej gęstości”. Tę cechę zaobserwowano już w badaniach nad pobliskimi galaktykami, z których część była również dziełem SISSA.
Nowe badania ujawniły jednak, że ten centralny region ma coś zupełnie nieoczekiwanego w kontekście tak zwanego „Standardowego Modelu kosmologii”. Sharma mówi, że „w wyniku kontrastu między właściwościami bliskich i odległych galaktyk spiralnych – to znaczy między dzisiejszymi galaktykami a ich poprzednikami sprzed siedmiu miliardów lat, możemy zobaczyć, że istnieje nie tylko niewyjaśniony region o stałej gęstości ciemna materia, ale także to, że jej wymiary rosną w czasie, jak gdyby podlegała procesowi”. Ciągła ekspansja i cienienie”. Dowód ten jest trudny do zinterpretowania, jeśli cząstki ciemnej materii nie wchodzą w interakcje, jak założono w modelu Lambda-CDM. „W naszym niedawno opublikowanym artykule przedstawiamy dowody na bezpośrednią interakcję między ciemną materią a normalną materią, która z czasem powoli tworzy region o stałej gęstości od centrum galaktyki na zewnątrz” – mówi Sharma. Ale jest więcej.
Powolny, ale nieunikniony proces
„Zdumiewające, że wspomniany region o stałej gęstości rozszerza się z czasem. Jest to bardzo powolny proces, ale jest to proces nieustanny. Jedno z możliwych wyjaśnień? „Najprostsze jest to, że początkowo, kiedy uformowała się galaktyka, rozkład ciemnej materii w koronie była sferyczność zgodnie z przewidywaniami teorii Lambda-CDM, ze szczytem intensywności w centrum. Później uformował się dysk galaktyczny charakterystyczny dla galaktyk spiralnych, otoczony halo bardzo gęstych cząstek ciemnej materii. Z biegiem czasu efekt interakcji, który przyjęliśmy, oznaczał, że cząstki zostały przechwycone przez gwiazdy lub wyrzucone w zewnętrzne obszary galaktyki.” Proces ten stworzyłby kulisty region o stałej gęstości w halo ciemnej materii, którego wymiary zwiększają się proporcjonalnie czas i wreszcie dotrzeć do tych w galaktycznym dysku Stellar, jak opisano w artykule w „Astronomy and Astrophysics”. „Wyniki badań rodzą ważne pytania dotyczące alternatywnych scenariuszy opisujących cząstki ciemnej materii (oprócz Lambda-CDM), takich jak ciepła ciemna materia i samooddziałującą ciemną materię”, mówi Sharma., bardzo jasna ciemna materia.
Modele te powinny również uwzględniać widoczną ewolucję czasową zarejestrowaną we wspomnianym regionie. Właściwości galaktyk bardzo odległych w czasie i przestrzeni zapewniają kosmologom prawdziwą bramę do zrozumienia tajemnic ciemnej materii”. Warto zauważyć: „Zgodnie z filozofią Nietzschego prawdę tej tajemnicy można ujawnić nie poprzez szczegółowe najpiękniejszy — najbardziej elegancki scenariusz Matematyki, prostota i przewidywalność jako rozwinięcie długo potwierdzonych teorii. — ale raczej przez „brzydki” scenariusz zdefiniowany przez nieprecyzyjne i złożone zjawiska obserwacyjne, przez zaniedbaną teorię fizyczną, zupełnie niezwiązaną z tym, co jest nam znane”, mówi Salucci.
„Całkowity miłośnik kawy. Miłośnik podróży. Muzyczny ninja. Bekonowy kujon. Beeraholik.”
More Stories
Prognoza cukrzycy w Australii w 2024 r. | Wiadomości o Mirażu
„Gorąca sauna żabia” pomaga australijskim gatunkom w walce ze śmiercionośnym grzybem
Model sztucznej inteligencji poprawia reakcję pacjentów na leczenie raka