Начиная с ” Золотого Века Общей Теории Относительности “ в 1960-х годах, ученые считали, что большая часть Вселенной состоит из таинственной невидимой массы, известной как “темная материя".
С тех пор ученые пытаются разрешить эту загадку с помощью двойного подхода. С одной стороны, астрофизики попытались найти частицу-кандидата, которая могла бы объяснить эту массу. С другой стороны, астрофизики пытались найти теоретическую основу, которая могла бы объяснить поведение темной материи.
До сих пор дискуссия была сосредоточена на вопросе о том, является ли она “горячей” или “холодной”, причем холод пользуется преимуществом из-за его относительной простоты.
Однако новое исследование проводилось под руководством Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) revits идея о том, что темная материя на самом деле может быть “теплой”.
Это было основано на космологическом моделировании образования галактик с использованием модели Вселенной, которая включала интерактивную темную материю.
Моделирование проводилось международной группой исследователей из КФА , Института астрофизики и космических исследований Кавли Массачусетского технологического института , Потсдамского института астрофизики им.Лейбница и нескольких университетов. Исследование недавно появилось в ежемесячных Заметках Королевского астрономического общества.
Во-первых, было выявлено, что она составляет около 84% массы Вселенной, но ни испускает, ни поглощает или отражает свет или любую другую известную форму излучения.- Во-вторых, она не имеет электромагнитного заряда и не взаимодействует с другой материей, кроме как через гравитацию, самую слабую из четырех фундаментальных сил.
- В-третьих, она не состоит из атомов или их обычных строительных блоков, что способствует его таинственной природе.
В результате ученые теоретизируют, что он должен состоять из какого-то нового вида материи, которая согласуется с законами Вселенной, но не проявляется в обычных исследованиях физики частиц.
Независимо от своей истинной природы, темная материя оказала глубокое влияние на эволюцию космоса примерно через 1 миллиард лет после Большого Взрыва и далее.
На самом деле, считается, что он сыграл ключевую роль во всем, начиная от образования галактик и заканчивая распределением излучения космического микроволнового фона (CMB).
Более того, космологические модели, учитывающие роль темной материи, подкрепляются наблюдениями за этими двумя весьма различными типами космических структур.
Кроме того, они согласуются с космическими параметрами, такими как скорость, с которой расширяется Вселенная, на которую сама влияет таинственная, невидимая сила.
В настоящее время наиболее широко распространенные модели темной материи предполагают, что она не взаимодействует ни с какими другими видами материи или излучения вне влияния гравитации – т. е. что она “холодна”.
Это то, что известно как сценарий холодной темной материи (CDM), который часто сочетается с теорией темной энергии в форме космологической модели LCDM.
Эта теоретическая форма темной материи также называется неинтерактивной, поскольку он не способен взаимодействовать с нормальной материей ни через что, кроме самой слабой из фундаментальных сил.
Как Доктор Сонак Боуз, астроном с CfA и ведущий автор исследования, объяснил это по электронной почте:
"[МЧР] является наиболее хорошо испытанной и предпочтительной моделью. Это в первую очередь связано с тем, что в течение последних сорока лет или около того люди упорно работали, чтобы сделать прогнозы, используя холодную темную материю в качестве стандартной парадигмы – они затем сравниваются с реальными данными – с выводом о том, что в целом эта модель способна воспроизводить широкий спектр наблюдаемых явлений в широком диапазоне масштабов.”
По его словам, сценарий холодной темной материи стал первым после того, как были проведены численные моделирования космической эволюции с использованием “горячей темной материи” – в данном случае нейтрино.
Это субатомные частицы, которые очень похожи на электрон, но не имеют никакого электрического заряда. Они также настолько легки, что путешествуют по всей Вселенной почти со скоростью света.
- Выполнив те же самые тесты на кластеризацию галактик, что и раньше, астрономы обнаружили поразительное согласие между моделируемой и наблюдаемой вселенными. В последующие десятилетия холодная частица была испытана с помощью более строгих, нетривиальных тестов, чем просто кластеризация галактик, и она, как правило, прошла каждый из них с честью”.
Другим привлекательным источником является тот факт, что холодная темная материя (по крайней мере теоретически) должна быть обнаружена прямо или косвенно.
Однако именно здесь МЧР сталкивается с проблемами, поскольку все попытки обнаружить единственную частицу до сих пор не увенчались успехом.
Таким образом, космологи стали рассматривать другие возможные кандидаты, которые имели бы еще меньшие уровни взаимодействия с другой материей.