Ce au descoperit astronomii după ce au studiat o galaxie masivă din Universul primordial

O analiză a unei galaxii remarcabil de masive, dar compacte, din Universul primordial sugerează că materia întunecată interacționează cu ea însăși.

Galaxia, JWST-ER1, care s-a format la doar 3,4 miliarde de ani după Big Bang, a fost observată pentru prima dată în octombrie anul trecut în imagini surprinse de Telescopul Spațial James Webb (JWST) al NASA.

• Mii de vieți ar putea fi salvate prin combinarea a două medicamente care scad colesterolul
• Cum au reușit cercetătorii să facă pixeli mai mici decât un virus?

Aflată la peste 17 miliarde de ani-lumină distanță de Pământ, JWST-ER1g este cel mai îndepărtat exemplu de „inel Einstein” perfect, un cerc neîntrerupt de lumină în jurul galaxiei, rezultatul razelor de lumină de la o galaxie îndepărtată și nevăzută îndoite datorită masei de distorsiune spațială a lui JWST-ER1.

Mirajul cosmic nu este doar o priveliște frumoasă datorită unei alinieri norocoase a galaxiilor; acesta le oferă fizicienilor o sondă valoroasă pentru măsurători model-independente ale masei cuprinse în raza inelului.

O galaxie ultra-densă

Calculând cât de mult a distorsionat JWST-ER1g spațiul-timp în jurul său, echipa a estimat că galaxia cântărește cât aproximativ 650 de miliarde de sori, ceea ce o face o galaxie neobișnuit de densă pentru dimensiunea sa. Scăzând masa stelară vizibilă din masa totală inferată, fizicienii pot măsura cât de mult din galaxie este materia întunecată, o substanță invizibilă despre care se crede că formează peste 80% din toată materia din Universul nostru, scrie Space.com.

În ciuda deceniilor de observații și a numeroaselor dovezi circumstanțiale, substanța eluzivă nu a fost încă detectată în mod direct. În cazul JWST-ER1g, echipa de descoperire a determinat că materia întunecată explică aproximativ jumătate din deficiența de masă, și că „pare să fie nevoie de o masă suplimentară pentru a explica rezultatele lentilei”, conform unui studiu.

„Valoarea pentru masa materiei întunecate pare mai mare decât era de așteptat. Aceasta este o enigmă”, a spus Hai-Bo Yu, profesor de fizică și astronomie la Universitatea din California, Riverside (UCR; din SUA) și coautor al unui nou studiu.

Dacă materia întunecată interacționează cu ea însăși, acest lucru ar putea rezolva multe enigme

Într-un nou studiu, Yu și colegii săi sugerează că densitatea neobișnuit de mare a lui JWST-ER1g ar putea fi explicată printr-o populație mai mare de stele decât se credea până acum. Cu toate acestea, un mecanism de contracție prin care materia obișnuită, substanța care alcătuiește gazul și stelele, „se prăbușește și se condensează” în haloul de materie întunecată al lui JWST-ER1g ar putea împacheta „mai multă masă de materie întunecată în același volum, rezultând într-o densitate mai mare”, a spus autorul principal al studiului, Demao Kong de la UCR.

Haloul de materie întunecată, cel mai dens în centrul galaxiei, este lipiciul gravitațional care împiedică galaxiile în rotație să se destrame. Mai mult, modelele care încorporează un anumit tip de materie întunecată, în care materia întunecată interacționează cu ea însăși, oferă „o potrivire excelentă cu măsurătoarea lui JWST-ER1”, conform noului studiu.

Încă nu știm cu adevărat ce este materia întunecată. Indiciile observaționale sugerează că este un nou tip de particulă a cărei prezență poate fi dedusă doar din interacțiunile sale gravitaționale cu materia obișnuită. Materia întunecată ar putea fi doar un tip de particulă sau o varietate complexă de tipuri diferite, ca în materia normală, care operează, poate, în prezența unor forțe suplimentare, până acum necunoscute, exclusive materiei întunecate.

Materia întunecată interacționează cu ea însăși

În decembrie anul trecut, Yu a condus simulări ale formării structurilor care încorporează materia întunecată care interacționează cu ea însăși, concluzionând că astfel de auto-interacțiuni ar putea explica halouri de materie întunecată extrem de dense în anumite galaxii, precum și densități surprinzător de scăzute în altele, ambele fiind explicabile prin teoria predominantă a „materiei întunecate reci”.

Fizicienii speră ca JWST să poată aduce mai multe informații despre materia întunecată. Infraroșul fără precedent al telescopului privește mai departe în timp decât orice alt telescop, iar investigațiile sale viitoare ale galaxiilor din Universul foarte timpuriu ar putea dezvălui indicii despre particulele de materie întunecată și despre comportamentul lor, a spus Yu.

„Ne așteptăm să vedem mai multe surprize de la JWST și să aflăm mai multe despre materia întunecată în curând”, a concluzionat acesta.

Noul studiu a fost publicat în The Astrophysical Journal Letters.

Vă recomandăm să citiți și:

O nouă galaxie „pândește” în jurul Căii Lactee

Cea mai bună rută posibilă pentru a ieși din Sistemul Solar

Un fenomen neașteptat a fost detectat în atmosfera unei exoplanete ciudate

Nicolaus Copernicus, „părintele astronomiei moderne” și al Teoriei Heliocentrice