Темна матерія: телескоп Вебб зможе розкрити її природу чи теорії потрібно змінювати

Якщо космічний телескоп Вебб вивчить маленькі та яскраві галактики в ранньому Всесвіті, він, можливо, зможе розкрити природу найзагадковішої речовини у Всесвіті, тобто темної матерії. Такого висновку дійшли автори дослідження, опублікованого у виданні The Astrophysical Journal Letters, які створили моделювання космосу, де показано формування маленьких галактик, починаючи з найбільш ранніх періодів від Великого вибуху, пише Space.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Карликові галактики з раннього Всесвіту

Маленькі галактики або карликові галактики, поширені по всьому Всесвіту, і вчені вважають, що це одні з найбільш ранніх галактик, що сформувалися. Проблема в тому, що ці галактики не завжди відповідають тому, що астрономи очікують побачити. Наприклад, деякі з них обертаються швидше, ніж очікувалося, а інші мають меншу щільність, ніж припускають моделі. Науковці вважають, що протиріччя виникають через те, що моделювання не враховують взаємодію газу і темної матерії.

Нове моделювання враховує цю взаємодію, і вчені виявили, що найбільш ранні галактики є меншими і набагато яскравішими, ніж ті, моделювання яких нехтує взаємодією газу і темної матерії. Тому автори дослідження вважають, що за допомогою космічного телескопа Вебб потрібно почати пошук маленьких галактик із раннього Всесвіту, які набагато яскравіші, ніж очікувалося.

Темна матерія

Темна матерія не взаємодіє зі світлом, що робить її практично невидимою для нас. Водночас звичайна або баріонна матерія, з якої складаються зірки, планети і навіть людина, взаємодіє зі світлом. Виходячи з цього вчені вирішили, що темна матерія складається з не баріонних частинок. Але виявити безпосередньо ці частинки досі не вдалося і точно не ясно, з чого ж насправді складається темна матерія.

Водночас учені вважають, що темна матерія має масу і взаємодіє з гравітацією. Отже, темну матерію можна побачити за допомогою того, як вона впливає на звичайну матерію і світло. Вчені вважають, що саме вплив невидимої темної матерії заважає галактикам розлетітися на частини. Також припускають, що більшість галактик оточені величезними гало з темної матерії, і вони можуть бути невід'ємною частиною формування та еволюції галактик.

Холодна темна матерія

Згідно з головною моделлю еволюції Всесвіту, тобто стандартною космологічною моделлю під назвою Модель Лямбда-CDM, гравітаційний вплив згустків темної матерії, що існували у Всесвіті понад 13 млрд років тому, притягнув баріонну матерію, що складається зі звичайних старих атомів.

Щойно звичайна матерія стала досить масивною, вона зруйнувалася, і з'явилися перші зірки. Разом із темною матерією перші зірки залучили ще більше баріонної матерії, і з'явилися галактики.

У моделі Лямбда-CDM Всесвіт наповнений холодною темною матерією, яка отримала свою назву не тому, що вона холодна, а через те, що вона рухається повільніше за швидкість світла, адже тепло є мірою того, наскільки швидко рухаються частинки. Створення зірок і галактик у стандартній космологічній моделі також мало б іти повільно, якби була залежність від холодної темної матерії.

На цій ранній стадії історії Всесвіту баріонна матерія у вигляді газоподібного водню і гелію пронеслася б повз повільно рухомі згустки темної матерії з величезною швидкістю. Тобто доти, доки звичайна матерія не потрапила б у пастку, а потім не зібралася разом, щоб сформувати галактики.

Автори нового дослідження виявили, що якщо враховувати так званий ефект потоку між темною і звичайною матерією, то газ накопичувався далеко від темної матерії і галактик, які зростали. Це перешкоджало негайному утворенню зірок. Але через мільйони років газ потрапив у галактики і почалося бурхливе утворення нових зірок. У результаті утворилися галактики, в яких було набагато більше молодих гарячих зірок, ніж у звичайних маленьких галактиках. Якийсь час ці галактики мали сяяти набагато яскравіше, ніж інші галактики.

Якщо таких галактик немає, значить теорії неправильні

Той факт, що вони мають бути такими яскравими, може полегшити телескопу Вебб процес їхнього виявлення, вважають учені. Той факт, що темна матерія фактично невидима, означає, що ці маленькі яскраві галактики в ранньому Всесвіті могли б стати хорошим замінником для перевірки концепції холодної темної матерії. Якщо їх не вийде виявити, то це може означати, що вченим доведеться створити нові теорії.

Вчені вважають, що виявлення маленьких яскравих галактик у ранньому Всесвіті підтвердить, що вони перебувають на правильному шляху з моделлю холодної темної матерії, тому що тільки швидкість між двома видами матерії може створити той тип галактики, який потрібно шукати. Якщо темна матерія не поводиться як стандартна холодна темна матерія і відсутній ефект потоку, то ці яскраві карликові галактики не будуть знайдені.

Як уже писав Фокус, телескоп NASA показав галактичну боротьбу без переможця. Космічний телескоп Габбл зафіксував "змагання" між двома галактиками, яке нагадує перетягування каната. Воно може призвести до злиття галактик.