С момента запуска в 2022 году космический телескоп Джеймса Уэбба (James Webb Space Telescope, JWST) стал настоящим прорывом для астрономии. Благодаря его сверхчувствительным инструментам ученые получили возможность наблюдать самые ранние этапы формирования Вселенной. Однако одна из главных загадок космологии — природа темной материи — до сих пор оставалась вне досягаемости даже для этого уникального аппарата. Новые исследования, опубликованные в 2025 году, указывают: ситуация может измениться в ближайшее время.
Темная материя, по оценкам астрофизиков, составляет около 85% всей материи во Вселенной. Она не взаимодействует с электромагнитным излучением, а значит, не излучает и не поглощает свет. Это делает ее невидимой для большинства телескопов. Частицы темной материи не похожи на привычные протоны, нейтроны и электроны, из которых состоит все видимое вещество — от звезд до мельчайших организмов. Несмотря на десятилетия поисков, ни один из предполагаемых кандидатов на роль частицы темной материи не был обнаружен напрямую.
Единственный способ «увидеть» темную материю — наблюдать ее гравитационное воздействие на окружающее пространство, обычное вещество и свет. Именно этот подход лег в основу нового исследования, где ученые обратили внимание на необычные вытянутые формы молодых галактик, обнаруженных JWST. По их мнению, именно гравитация темной материи может объяснить столь странную морфологию.
Необычные галактики
Астрономы отмечают: JWST позволил заглянуть в эпоху, когда только начинали формироваться первые галактики. В отличие от привычных сферических или спиральных структур, многие из них оказались вытянутыми, словно нити. Это противоречит результатам компьютерных симуляций, основанных на стандартной космологической модели — так называемой Lambda-CDM (Лямбда-холодная темная материя), где галактики должны быть более округлыми.
Команда исследователей под руководством Рохиера Виндхорста (Rogier Windhorst) из Университета штата Аризона предположила: вытянутая форма может быть связана с особенностями темной материи. В частности, если темная материя состоит из ультралегких аксионов, обладающих квантовыми свойствами, то их волновое поведение способно сглаживать мелкие структуры и формировать протяженные филаменты, соединяющие области звездообразования.
Волны и частицы
Для проверки гипотезы ученые провели серию компьютерных моделирований, используя различные сценарии: от классической холодной темной материи до альтернативных вариантов — «теплой» и «волновой» темной материи. Оказалось, что именно ультралегкие аксионы, обладающие волновой природой, способны объяснить вытянутую морфологию ранних галактик, которую фиксирует JWST.
По словам Альваро Позо (Álvaro Pozo) из Международного физического центра в Сан-Себастьяне (Donostia International Physics Center), если темная материя действительно состоит из таких частиц, их квантовые свойства не позволяют формироваться структурам меньше определенного размера. Это приводит к появлению гладких филаментов, по которым газ и звезды постепенно стекают, образуя вытянутые галактики.
Альтернативная гипотеза — существование «теплой» темной материи, например, стерильных нейтрино, которые движутся быстрее, чем холодные аналоги. В этом случае также формируются протяженные структуры, но механизм их появления отличается. В обоих случаях наблюдаемые формы галактик могут стать ключом к разгадке природы темной материи.
Будущее исследований
JWST продолжает фиксировать все новые и новые необычные объекты на краю наблюдаемой Вселенной. Параллельно ученые совершенствуют компьютерные модели, чтобы точнее воспроизвести процессы, происходившие миллиарды лет назад. Сопоставление реальных наблюдений и теоретических расчетов может в ближайшие годы приблизить человечество к разгадке одной из главных тайн космоса.
Исследование, опубликованное в декабре 2024 года в журнале Nature Astronomy, уже вызвало оживленную дискуссию в научном сообществе. Многие эксперты считают, что JWST способен не только подтвердить или опровергнуть существующие теории, но и открыть совершенно новые горизонты в понимании устройства Вселенной.
Если Вы не знали, космический телескоп Джеймса Уэбба (James Webb Space Telescope, JWST) — это крупнейший и самый сложный астрономический инструмент, когда-либо запущенный в космос. Его основная задача — изучение ранних этапов эволюции Вселенной, формирования галактик, звезд и планетных систем. Проект реализован NASA совместно с Европейским и Канадским космическими агентствами. Благодаря уникальным возможностям JWST ученые уже сделали множество открытий, которые меняют представления о космосе.