Svemirski teleskop Džejms Veb mogao bi baciti svetlo na tamnu materiju

Glatki filamenti koji se protežu svetlosnim godinama, viđeni moćnim svemirskim teleskopom, mogli bi ukazivati šta je pravi "recept" za tamnu materiju.

Otkako je počeo s radom 2022, „Džejms Veb“ omogućava naučnicima veliki napredak u razumevanju kosmosa — naročito njegovog ranog doba. Međutim, jedna trajna kosmološka misterija na koju „Veb“ nije imao veliki uticaj jeste priroda tamne materije. Novo istraživanje sugeriše da bi se ovo uskoro moglo promeniti.

Preporučujemo

Iako se procenjuje da tamna materija čini 85% materije u univerzumu, teško ju je istraživati jer ne reaguje sa elektromagnetnim zračenjem (svetlošću) ili reaguje toliko slabo da je ne možemo direktno detektovati.

Pored toga što tamnu materiju praktično čini nevidljivom, ovaj nedostatak interakcije sa svetlošću govori naučnicima da čestice koje čine tamnu materiju nisu protoni, neutroni i elektroni, koji čine svakodnevnu materiju vidljivu oko nas, u rasponu od najmasivnijih zvezda do virusa koji nas muče svake zime.

Potraga za potencijalnom česticom tamne materije dala je mnoge kandidate, ali su svi ostali frustrirajuće hipotetični.

Dakle, jedini način na koji naučnici mogu da zaključe da je tamna materija prisutna jeste putem posmatranja gravitacionog uticaja koji ona ima na strukturu prostora i kako to onda utiče na običnu materiju i svetlost.

Novo istraživanje sugeriše da bi gravitacioni uticaj tamne materije mogao biti uzrok čudnih mladih galaksija sa neočekivano izduženim oblicima. Istraživanje ovih oblika bi takođe moglo otkriti koja od ovih hipotetičnih čestica je najbolji recept za tamnu materiju.

Naučnici kažu da bi proučavanje ovih izduženih galaksija pomoću „Veba“ moglo pomoći da se otkrije prisustvo tamne materije. "U širećem univerzumu koji je definisan Ajnštajnovom teorijom opšte relativnosti, galaksije rastu tokom vremena iz malih gomila tamne materije koje formiraju prve zvezdane grupe i spajaju se u veće galaksije putem svoje kolektivne gravitacije", kažu naučnici sa Državnog univerziteta Arizone.

„Međutim, ‘Veb’ sad sugeriše da bi najranije galaksije mogle biti ugrađene u strukture filamenata koje – za razliku od hladne tamne materije – glatko povezuju regione u kojima se formiraju zvezde, više nalik na ono što se očekuje ako tamna materija predstavlja ultralaku česticu koje takođe ispoljava kvantno ponašanje".

Kad se koriste simulacije za reprodukciju načina formiranja prvih galaksija u ranom univerzumu, dozvoljavanje skupljanje hladnog gasa duž niti u mreži tamne materije može sasvim lepo da reprodukuje uglavnom sferoidne galaksije koje viđamo u modernom univerzumu.

Međutim, dok „Veb“ omogućava astronomima da posmatraju galaksije koje su postojale u vrlo ranim fazama univerzuma, oni sve više otkrivaju filamentarne izdužene galaksije koje se ne mogu lako reprodukovati u simulacijama koje prate standardni mehanizam skupljanja gasa radi rađanja zvezda i rasta galaksija.

Da bi istražili ovo, naučnici su pogledali simulacije univerzuma sa različitim tipovima tamne materije, pored onog u najprihvaćenijem modelu kosmologije – modelu Lambda hladna tamna materija (LCDM), gde se "hladna" ne odnosi na temperaturu, već na brzinu kretanja čestica.

Ovo je pokazalo da bi talasno ponašanje tamne materije ili ultralakih aksionskih čestica moglo objasniti izduženu morfologiju ranih galaksija koje je „Veb“ video.

„Ako ultralaki aksioni čine tamnu materiju, njihovo kvantno talasno ponašanje bi sprečilo da se neko vreme formiraju fizičke razmere manje od nekoliko svetlosnih godina, doprinoseći glatkom filamentarnom ponašanju koje ‘Veb’ vidi na veoma velikim distancama", kažu naučnici iz Međunarodnog centra za fiziku Donostija u Španiji.

Modeliranje je takođe ukazalo da brže krećuće čestice "tople tamne materije", poput sterilnih neutrina, takođe mogu formirati rane filamentarne galaksije. U oba scenarija, talasne tamne materije i tople tamne materije, ovo se dešava jer ove čestice stvaraju glatkije filamente nego hladna tamna materija. Dok gas i zvezde polako putuju niz ove filamente, počinju da se formiraju izdužene galaksije.

„Veb“ će nastaviti da istražuje neobično oblikovane galaksije u ranom univerzumu, dok istraživači na Zemlji nastavljaju da razvijaju simulacije ranog univerzuma. Povezivanje ovih radova moglo bi pomoći u rešavanju misterije tamne materije.

(Telegraf Nauka/Space)