Од „златног доба опште релативности“ у шездесетим годинама, научници су сматрали да се велики део Универзума састоји од мистериозне невидљиве масе познате као „Мрачна материја“. Од тада, научници покушавају да разреше ову мистерију двоструким приступом. С једне стране, астрофизичари су покушали да нађу честицу кандидата која би могла да објасни ову масу.
С друге стране, астрофизичари су покушали да пронађу теоријску основу која би могла објаснити понашање Дарк Маттера. До сада је расправа била усредсређена на питање да ли је „вруће“ или „хладно“, док хладноћа ужива на ивици због своје релативне једноставности. Међутим, ново истраживање спроведено од Харвард-Смитхсониан Центра за астрофизику (ЦфА)
То је засновано на космолошким симулацијама формирања галаксија користећи модел Универзума који је укључивао интерактивну Мрачну материју. Симулације је спровео међународни тим истраживача са ЦфА, Института за астрофизику и свемирска истраживања МИТ-а, Института за астрофизику Леибниз у Потсдаму и више универзитета. Студија се недавно појавила у часопису Месечна обавештења Краљевског астрономског друштва.
Кад се дође одмах до њега, Дарк Маттер је прикладно именован. За почетак, она чини око 84% масе Универзума, али нити емитује, апсорбује или одбија светлост или било који други познати облик зрачења. Друго, нема електромагнетни набој и не комуницира са другом материјом, осим путем гравитације, најслабије од четири основне силе.
Треће, није састављен од атома или њихових уобичајених градивних блокова (тј. Електрона, протона и неутрона), што доприноси његовој мистериозној природи. Као резултат тога, научници теоретизирају да се мора састојати од неке нове материје која је у складу са законима Универзума, али се не појављује у конвенционалним истраживањима физике честица.
Без обзира на његову праву природу, Мрачна материја је имала дубок утицај на еволуцију космоса још од око милијарду година након Великог праска. Заправо се верује да је одиграо кључну улогу у свему, од формирања галаксија до дистрибуције зрачења Космичке микроталасне позадине (ЦМБ).
Штавише, космолошки модели који узимају у обзир улогу коју је одиграо Дарк Маттер поткрепљени су запажањима ове две врло различите врсте космичких структура. Такође, они су у складу са космичким параметрима попут брзине којом се Универзум шири, а на коју сама утиче тајанствена, невидљива сила (позната као "Мрачна енергија").
Тренутно, најчешће прихваћени модели Дарк Маттер-а претпостављају да он не ступа у интеракцију са било којом другом врстом материје или зрачења (укључујући себе) изван утицаја гравитације - тј. Да је „хладно“. То је оно што је познато под називом Хладна тамна материја (ЦДМ), који се често комбинује са теоријом тамне енергије (коју представља Ламбда) у облику космолошког модела ЛЦДМ.
Овај теоријски облик Мрачне материје такође се назива
„[ЦДМ] је најбоље тестиран и преферирани модел. Ово је превасходно зато што су људи током последње четири деценије или слично напорно радили на предвиђању користећи хладну Мрачну материју као стандардну парадигму - која се затим упоређује са стварним подацима - уз откриће да је овај модел уопште способан да репродуковати широк спектар посматраних појава у широком распону скала. "
Како то описује, сценариј хладне Мрачне материје постао је главни покретач након што су нумеричке симулације космичке еволуције спровеле користећи „врућу Мрачну Маттер“ - у овом случају неутрину. Ово су субатомске честице које су веома сличне ан
Ове симулације показале су да предвиђене дистрибуције не изгледају баш попут Универзума данас “, додао је Босе. „Из тог разлога, почела се сматрати супротна граница, честице које имају једва брзину када се роде (ака.„ Хладно “). Симулације које су укључивале овог кандидата много су ближе модерним осматрањима Универзума.
„Након обављања истих тестова кластерирања галаксија као и раније, астрономи су пронашли запањујући договор између симулираних и посматраних свемира. У наредним деценијама хладна честица је тестирана ригорознијим, не-тривијалним тестовима од простог кластерирања галаксија и обично је прешла сваку од њих летећим бојама. "
Други извор апела је чињеница да би хладну Мрачну Маттер (барем теоретски) требало открити директно или индиректно. Међутим, овде ЦДМ наилази на проблеме, јер сви досадашњи покушаји откривања поједине честице нису успели. Као такав, космолози су узели у обзир друге могуће кандидате који би имали још ниже нивое интеракције са другом материјом.
То је оно што је Совнак Босе, астроном са ЦфА, желео да утврди са својим тимом истраживача. Ради студија, усредсредили су се на "топлог" кандидата Дарк Маттер-а. Ова врста честица имала би могућност суптилне интеракције са веома лаганим честицама које се крећу у близини брзине светлости, мада мање него код интерактивне „вруће“ разноликости.
Конкретно, могао би бити у могућности да комуницира са неутринама, бившим предњим тркачем у ХДМ сценарију. Сматра се да су неутрини били веома распрострањени у врелом раном Универзуму, па би присуство мрачне материје које је у интеракцији имало снажан утицај.
„У овој класи модела, честици Тамне материје је дозвољено да имају ограничену (али слабу) интеракцију са зрачењем врста попут фотона или неутрина“, рекао је др Босе. „Ово спајање оставља прилично јединствен отисак у„ бујности “Универзума у раним временима, што је прилично различито од онога што би се могло очекивати ако би Мрачна материја била хладна честица.“
Да би ово тестирали, тим је извео врхунске космолошке симулације у суперкомпјутерским објектима на Харварду и на Универзитету Исланда. Ове симулације разматрале су како ће на формирање галаксија утицати присуство топле и Мрачне материје са око милијарде након Великог праска до 14 милијарди година (отприлике садашњост). Рекао је др Босе:
„[У] смо покренули рачунарске симулације како бисмо генерисали како овај Универзум може изгледати након 14 милијарди година еволуције. Поред моделирања компоненте Дарк Маттер, укључили смо и врхунске рецепте за стварање звезда, ефекте супернова и црних рупа, стварање метала итд.”
Тим је потом упоредио резултате једни са другима како би идентификовао карактеристичне потписе који би разликовали један од другог. Открили су да су за многе симулације ефекти ове интерактивне Мрачне материје били премали да би били приметни. Међутим, они су били присутни на неке различите начине, посебно на начин на који су удаљене галаксије распоређене у свемиру.
Ово је запажање посебно занимљиво јер се може убудуће тестирати помоћу инструмената нове генерације. "Начин да се то уради је мапирање бујности Универзума у ова рана времена гледањем у дистрибуцију гаса водоника", објаснио је др Босе. "Посматрано, ово је добро успостављена техника: можемо испитати неутрални водоник у раном свемиру гледајући спектре удаљених галаксија (обично квазара)."
Укратко, светлост која путује до нас из далеких галаксија мора проћи кроз интергалактички медијум. Ако у интервентном медију има пуно неутралног водоника, емисионе линије из галаксије биће делимично апсорбиране, док ће оне бити несметане ако је мало. Ако је Тамна материја заиста хладна, покажеће се у облику много „скупљеније“ дистрибуције водоничног гаса, док ће ВДМ сценарио резултирати осцилирајућим грудицама.
Тренутно астрономски инструменти немају потребну резолуцију за мерење осцилација гасова водоника у раном Универзуму. Али као што је др Босе наговестио, ово би истраживање могло пружити подстицај за нове експерименте и нове објекте који би били способни за ова запажања.
На пример, ИР инструмент попут Свемирски телескоп Јамес Вебб (ЈВСТ) би се могао користити за креирање нових мапа расподеле апсорпције водоничног гаса. Ове мапе би могле или потврдити утицај интерактивне Мрачне материје или искључити као кандидата. Нада се и да ће ово истраживање надахнути људе да размишљају о кандидатима изван оних који су већ разматрани.
На крају, рекао је др Босе, права вредност долази из чињенице да овакве врсте теоријских предвиђања могу подстаћи опажања на нове границе и тестирати границе онога што мислимо да знамо. "И то је све што наука заиста јесте", додао је, "предвиђајући, предлажући метод за његово тестирање, изводећи експеримент и затим ограничавајући / искључујући теорију!"
