Jeśli jest coś, co fizycy uważali za jasne, jeśli chodzi o ciemną materię, to fakt, że ponieważ nie emituje ona żadnego rodzaju promieniowania elektromagnetycznego, jej cząstki nie mogą wchodzić w interakcje z cząstkami zwykłej materii, tworzącej planety, gwiazdy i galaktyki, chyba że poprzez grawitację.
Ale nowe badanie przeprowadzone przez naukowców z Międzynarodowej Szkoły Studiów Zaawansowanych (SISSA) we Włoszech po raz pierwszy znalazło dowód na bezpośrednią interakcję między tymi dwoma rodzajami materii.
W niedawnym artykule opublikowanym w „Astronomy & Astrophysics” naukowcy sugerują, że w centrum galaktyk spiralnych istnieje rozległy obszar naukowy złożony głównie z cząstek ciemnej materii w
w którym te cząstki oddziałują z cząstkami zwykłej materii. Coś, co weszło w bezpośredni konflikt z dominującymi teoriami.
W badaniu prowadzonym przez Gauri Sharmę i Paolo Salucciego z SISSA oraz Glena Van der Veva z Uniwersytetu Wiedeńskiego naukowcy zbadali dużą liczbę galaktyk, począwszy od tych najbliższych naszej, oddalonych o ponad 7.000 miliardów lat. światło dystansowe.
Zdaniem autorów, te nowe badania stanowią duży krok naprzód w naszym rozumieniu ciemnej materii, nieuchwytnej substancji, którą fizycy poszukiwali bez powodzenia od dziesięcioleci. Ponieważ nie emituje żadnego promieniowania, ciemnej materii nie można bezpośrednio wykryć za pomocą teleskopów. Ale naukowcy wiedzą, że tam jest ze względu na efekty grawitacyjne, jakie powoduje w zwykłej materii, które możemy zobaczyć. Czterokrotnie liczniejszy niż materiał, z którego powstały gwiazdy i galaktyki, ciemny materiał jest uważany za „szkielet” Wszechświata. Bez niej galaktyki i duże struktury, które obserwujemy, nie mogłyby istnieć.
„Ich dominująca obecność we wszystkich galaktykach”, wyjaśnia Gauri Sharma, „wynika z faktu, że gwiazdy i wodór poruszają się tak, jakby rządził nimi niewidzialny element”. Do tej pory próby zaobserwowania tego „pierwiastka” koncentrowały się na pobliskich galaktykach.
Porównaj starożytne galaktyki
„Jednakże, kontynuuje badacz, w tym badaniu po raz pierwszy próbowaliśmy zaobserwować i określić rozkład masy galaktyk spiralnych o tej samej morfologii co najbliższe, ale znacznie dalej, aż do odległości 7.000 XNUMX milionów lat świetlnych.
Ze swojej strony Paolo Salucci dodaje, że „badając ruch gwiazd w około 300 odległych galaktykach, odkryliśmy, że te obiekty również mają halo materii i że zaczynając od centrum galaktyki, to halo faktycznie ma ciemny obszar, w którym jego gęstość jest stała”. Nawiasem mówiąc, cecha, którą już zaobserwowałem podczas trzeźwych badań pobliskich galaktyk, z których część była również dziełem SISSA.
Coraz większe i większe
Nowe badanie ujawniło, że ten centralny region miał coś zupełnie nieoczekiwanego i nieprzewidzianego w tak zwanym „standardowym modelu kosmologii”. Dla Sharmy „w wyniku kontrastu między właściwościami pobliskich i odległych galaktyk spiralnych, to znaczy między obecnymi galaktykami a ich
przodków sprzed siedmiu tysięcy lat, byliśmy w stanie zobaczyć, że nie tylko niewyjaśniony region o stałej gęstości ciemnej materii istnieje w naszym, ale także, że jego wymiary zwiększają się z czasem, tak jakby obszary te podlegały procesowi ciągłego rozszerzania się i rozcieńczania”. Coś bardzo trudnego do wyjaśnienia, jeśli, zgodnie z przewidywaniami obecnej teorii, nie ma interakcji między cząstkami ciemnej materii a cząstkami zwykłej materii.
„W naszych badaniach – dodaje Sharma – przedstawiamy dowody interakcji między ciemną materią a zwykłą materią, które z czasem powoli budują obszar o stałej gęstości od centrum galaktyki na zewnątrz”. Ale jest więcej.
„Co zaskakujące”, wyjaśnia Salucci, „ten region o stałej gęstości rozszerza się w czasie. Jest to proces bardzo powolny, ale nieubłagany. Najprostszym wyjaśnieniem jest to, że wcześnie, kiedy galaktyka się formuje, rozkład ciemnej materii w sferycznym halo odpowiada przewidywaniom teorii, z pikiem gęstości w środku. Następnie uformował się galaktyczny dysk, który charakteryzuje galaktyki spiralne, otoczony niezwykle gęstym halo zaciemnionych cząstek materii. Z biegiem czasu proponowany przez nas efekt interakcji oznacza, że cząstki te zostały albo przechwycone przez gwiazdy, albo wyrzucone na zewnętrzne obszary galaktyki, proporcjonalnie do czasu, ostatecznie docierając do galaktycznego dysku gwiezdnego, jak opisujemy w artykule”.
„Wyniki badań – podsumowuje Sharma – rodzą ważne pytania dotyczące alternatywnych scenariuszy opisujących cząstki ciemnej materii (poza dominującą teorią Lambda-CDM), takich jak gorąca ciemna materia, interaktywna ciemna materia czy ultralekka ciemna materia”.
Według naukowców właściwości galaktyk bardzo odległych w czasie i przestrzeni "oferują kosmologom prawdziwą bramę do ostatecznego poznania tajemnic ciemnej materii".
