Темная материя: телескоп Уэбб сможет раскрыть ее природу или теории нужно менять

Если космический телескоп Уэбб изучит маленькие и яркие галактики в ранней Вселенной, он, возможно, сможет раскрыть природу самого загадочного вещества во Вселенной, то есть темной материи. К такому выводу пришли авторы исследования, опубликованного в издании The Astrophysical Journal Letters, которые создали моделирование космоса, где показано формирование маленьких галактик начиная от самых ранних периодов от Большого взрыва, пишет Space.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Карликовые галактики из ранней Вселенной

Маленькие галактики или карликовые галактики, распространены по всей Вселенной, и ученые считают, что это одни из самых ранних сформировавшихся галактик. Проблема в том, что эти галактики не всегда соответствуют тому, что астрономы ожидают увидеть. Например, некоторые из них вращаются быстрее, чем ожидалось, а другие имеют меньшую плотность, чем предполагают модели. Ученые считают, что противоречия возникают из-за того, что моделирования не учитывают взаимодействие газа и темной материи.

Новое моделирование учитывает это взаимодействие, и ученые обнаружили, что самые ранние галактики меньше и намного ярче, чем те, моделирование которых пренебрегает взаимодействием газа и темной материи. Поэтому авторы исследования считают, что с помощью космического телескопа Уэбб нужно начать поиск маленьких галактик из ранней Вселенной, которые намного ярче, чем ожидалось.

Темная материя

Темная материя не взаимодействует со светом, что делает ее практически невидимой для нас. Вт о же время обычная или барионная материя, из которой состоят звезды, планеты и даже человек взаимодействует со светом. Исходя из этого ученые решили, что темная материя состоит из не барионных частиц. Но обнаружить напрямую эти частицы до сих пор не удалось и точно не ясно из чего же на самом деле состоит темная материя.

В то же время ученые считают, что темная материя имеет массу и взаимодействует с гравитацией. Значит темную материю можно увидеть с помощью того, как она влияет на обычную материю и свет. Ученые считают, что именно влияние невидимой темной материи мешает галактикам разлететься на части. Также предполагается, что большинство галактик окружены огромными гало из темной материи и они могут быть неотъемлемой частью формирования и эволюции галактик.

Холодная темная материя

Согласно главной модели эволюции Вселенной, то есть стандартной космологической модели под названием Модель Лямбда-CDM, гравитационное влияние сгустков темной материи, существовавших во Вселенной более 13 млрд лет назад, притянуло барионную материю, состоящую из обычных старых атомов.

Как только обычная материя стала достаточно массивной, она разрушилась, и появились первые звезды. Вместе с темной материей первые звезды привлекли еще больше барионной материи, и появились галактики.

В модели Лямбда-CDM Вселенная наполнена холодной темной материей, которая получила свое название не потому, что она холодная, а потому, что она движется медленнее скорости света, ведь тепло является мерой того, насколько быстро движутся частицы. Создание звезд и галактик в стандартной космологической модели также должно было идти медленно, если бы была зависимость от холодной темной материи.

На этой ранней стадии истории Вселенной барионная материя в виде газообразного водорода и гелия пронеслась бы мимо медленно движущихся сгустков темной материи с огромной скоростью. То есть до тех пор, пока обычная материя не попала бы в ловушку, а затем не собралась вместе, чтобы сформировать галактики.

Авторы нового исследования обнаружили, что если учитывать так называемый эффект потока между темной и обычной материей, то газ накапливался вдали от темной материи и растущих галактик. Это препятствовало немедленному образованию звезд. Но через миллионы лет газ попал в галактики и началось бурное образование новых звезд. В результате образовались галактики, в которых было гораздо больше молодых горячих звезд, чем в обычных маленьких галактиках. Какое-то время эти галактики должны были сиять намного ярче, чем другие галактики.

Если таких галактик нет, значит теории неверны

Тот факт, что они должны быть такими яркими, может облегчить телескопу Уэбб процесс их обнаружения, считают ученые. Тот факт, что темная материя фактически невидима, означает, что эти маленькие яркие галактики в ранней Вселенной могли бы стать хорошим заменителем для проверки концепции холодной темной материи. Если их не получится обнаружить, то это может означать, что ученым придется создать новые теории.

Ученые считают, что обнаружение маленьких ярких галактик в ранней Вселенной подтвердит, что они находятся на правильном пути с моделью холодной темной материи, потому что только скорость между двумя видами материи может создать тот тип галактики, который нужно искать. Если темная материя не ведет себя как стандартная холодная темная материя и отсутствует эффект потока, то эти яркие карликовые галактики не будут найдены.

Как уже писал Фокус, телескоп NASA показал галактическую борьбу без победителя. Космический телескоп Хаббл запечатлел "соревнование" между двумя галактиками, которое напоминает перетягивание каната. Оно может привести к слиянию галактик.