O nouă teorie a materiei întunecate explică două enigme din astrofizică

Considerată a reprezenta 85% din materia din Univers, materia întunecată nu este luminoasă și natura sa nu este bine înțeleasă. În timp ce materia normală absoarbe, reflectă și emite lumină, materia întunecată nu poate fi văzută direct, ceea ce o face mai greu de detectat.

O teorie numită „materie întunecată cu auto-interacțiune”, sau SIDM, propune ca particulele de materie întunecată să auto-interacționeze prin intermediul unei forțe întunecate, ciocnindu-se puternic unele de altele în apropierea centrului unei galaxii.

• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee
• De ce ne curge nasul de la mâncarea picantă?

În lucrarea publicată în The Astrophysical Journal Letters, o echipă de cercetători condusă de Hai-Bo Yu, profesor de fizică și astronomie la Universitatea din California, Riverside, raportează că SIDM poate explica simultan două enigme astrofizice aflate la extreme opuse.

„Primul este un halo de materie întunecată de mare densitate într-o galaxie eliptică masivă”, a declarat Yu.

„Haloul a fost detectat prin observații de lentile gravitaționale puternice, iar densitatea sa este atât de mare încât este extrem de improbabilă în teoria predominantă a materiei întunecate reci. Al doilea este că halourile de materie întunecată din galaxiile ultra-difuze au densități extrem de scăzute și sunt dificil de explicat prin teoria rece a materiei întunecate”.

Materia întunecată nu este luminoasă și natura sa nu este bine înțeleasă

Un halou de materie întunecată este haloul de materie invizibilă care străbate și înconjoară o galaxie sau un grup de galaxii. Lentila gravitațională are loc atunci când lumina care călătorește prin Univers de la galaxiile îndepărtate se curbează în jurul obiectelor masive. Teoria materiei întunecate reci, sau CDM, presupune că particulele de materie întunecată sunt lipsite de coliziune. După cum sugerează și numele lor, galaxiile ultra-difuze au o luminozitate extrem de scăzută, iar distribuția stelelor și a gazului este dispersată.

Yu a fost însoțit în acest studiu de Ethan Nadler, cercetător postdoctoral comun la Carnegie Observatories și la University of Southern California, și de Daneng Yang, cercetător postdoctoral la UCR.

Pentru a demonstra că SIDM poate explica cele două enigme astrofizice, echipa a efectuat primele simulări de înaltă rezoluție ale formării structurii cosmice cu auto-interacțiuni puternice ale materiei întunecate la scări de masă relevante pentru haloul de lentilă puternică și galaxiile ultra-difuze, scrie Phys.org.

„Aceste auto-interacțiuni conduc la transferul de căldură în halo, care diversifică densitatea haloului în regiunile centrale ale galaxiilor”, a declarat Nadler.

Un halou de materie întunecată

„Cu alte cuvinte, unele halouri au densități centrale mai mari, iar altele au densități centrale mai mici, în comparație cu omologii lor CDM, detaliile depinzând de istoria evoluției cosmice și de mediul înconjurător al fiecărui halou în parte.”

Potrivit echipei, cele două enigme reprezintă o provocare formidabilă pentru paradigma CDM standard.

Cercetarea demonstrează, de asemenea, puterea de sondare a materiei întunecate prin intermediul observațiilor astrofizice, cu ajutorul instrumentului simulărilor computerizate de formare a structurii cosmice.

„Sperăm că munca noastră încurajează mai multe studii în acest domeniu de cercetare promițător”, a declarat Yu. „Va fi o evoluție deosebit de oportună, având în vedere afluxul de date așteptat în viitorul apropiat de la observatoarele astronomice, inclusiv de la telescopul spațial James Webb și de la viitorul observator Rubin.”

Începând cu 2009, lucrările lui Yu și ale colaboratorilor au contribuit la popularizarea SIDM în comunitățile de fizică a particulelor și astrofizică.

Vă recomandăm să mai citiți și:

Descoperire năucitoare: Astrofizicienii au găsit o galaxie fără materie întunecată

Trei sori alimentați de materie întunecată, descoperiți la începuturile Universului

Există materie întunecată în jurul nostru? Cercetătorii spun că da

Astronomii au descoperit o galaxie fără materie întunecată. „Ar trebui să existe, însă observațiile noastre spun altceva”