Астрофизики открыли, как темная и обычная материи «общаются» между собой в космосе

Темная материя — неуловимая и непонятная субстанция, составляющая большую часть массы Вселенной. Ученые давно заметили, что многие объекты в космосе ведут себя так, как будто они сами и даже пространство между ними имеют гораздо большую массу, чем можно было предположить, исходя из расчетов. То, что создает эту загадочную избыточную массу, и назвали «темная материя». Пока зафиксировать темную материю исследователям не удавалось. Они продолжают проводить расчеты и эксперименты, чтобы понять, что это такое и где ее искать.

Рабочая гипотеза такова, если говорить упрощенно: темную материю невозможно заметить потому, что ее массивные частицы крайне инертны и не вступают ни в какое взаимодействие с другими. Во всяком случае, мы не можем заметить это взаимодействие на нашем уровне технического развития. Так что много лет ученые бьются над тем, чтобы решить эту проблему и найти способ зафиксировать темную материю. Это помогло бы раскрыть одну из величайших загадок современной физики.

Недавно исследователи из Международной школы передовых исследований (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati — SISSA) в Триесте (Италия) предложили новую концепцию взаимодействия темной и стандартной (обычной, привычной нам, видимой, ощущаемой, уловимой материи). Научная статья опубликована в Astrophysical Journal, кратко о ней рассказывает EurekAlert. 

«Темная материя повсюду. Как космические леса, она соединяет Вселенную и удерживает галактики вместе. Однако темная материя так же загадочна, как и важна. Возможно, одной из величайших загадок темной материи является ее взаимодействие со стандартной. Мы знаем, что в этом диалоге важную роль играет гравитация, но ученые до сих пор не до конца понимают это явление. По этой причине мы задались вопросом: действительно ли гравитация неправильно понимается или мы просто упускаем что-то важное в природе темной материи? Что, если темная и стандартная материи не взаимодействуют так, как мы всегда представляли? В нашем исследовании мы попытались ответить на эти интригующие вопросы», — говорят авторы.

Традиционная модель «крайне инертных массивных частиц» темной материи подходит для описания видимой Вселенной довольно хорошо, но не всегда. Согласно модели, существующее вращение спиральных галактик можно объяснить только если сгустки темной материи находятся по краям. Однако многочисленные наблюдения и расчеты показывают, что все наоборот — темная материя сконцентрирована в середине галактик.

Итальянские астрофизики предположили, что некоторое взаимодействие между темной и стандартной материей все же происходит. В своей работе ученые ввели новое понятие — «неминимальная связь с гравитацией».

В рамках расчетов ученые ввели в модель понимания «крупнозернистое поле», все частицы которого ведут себя как одна (конденсат Бозе-Эйнштейна). Именно с помощью этого гипотетического поля, по мнению авторов открытия, и происходит взаимодействие между темной и стандартной материями. 

Удивительным образом эта концепция с легкостью и очень точно объясняет вращение спиральных галактик со сгустками темной материи в середине.

Авторы работы настроены весьма оптимистично: «Будущее темной материи выглядит светлым. При этом существование неминимальной связи можно объяснить одной только известной физикой. Эта особенность темной материи не требует новой экзотической фундаментальной физики. Будут проведены дальнейшие исследования, чтобы изучить все интересные следствия этого гипотетического явления в темной материи. Мы не удивимся, если обнаружим, что неминимальная связь может решить другие оставшиеся без ответа вопросы устройства Вселенной».