Международная группа физиков из Института теоретической физики Периметра (Канада), нью-йоркского Института Флэтайрон и Принстонского университета опубликовала в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics исследование о скрытой силе в «темном секторе» — гипотетическом пространстве взаимодействий между частицами темной материи, которые недоступны для обычного вещества.
Стандартная космологическая модель не дает полного объяснения «комковатости» темной материи: наблюдения показывают, что галактические нити и скопления сгруппированы плотнее, чем следует из действующей теории. Это несоответствие остается одной из главных открытых проблем физики. Даже самая детальная карта темной материи от телескопа Джеймс Уэбб не сняла этот вопрос окончательно.
Среди возможных объяснений — гипотеза о дополнительной притягивающей силе в «темном секторе»: помимо гравитации, частицы темной материи могут взаимодействовать между собой через какую-то скрытую силу. Интуиция физиков подсказывала, что такое усиленное притяжение должно ускорять скопление вещества и образование крупных структур. Авторы работы — Марко Коста и Захари Вайнер из Института Периметра, Сирил Крек-Сарбиновски из Института Флэтайрон и Оливье Симон из Принстона — решили проверить эту идею в расчетах.
Результат оказался неожиданным. Дополнительная сила одновременно порождает три эффекта: усиливает притяжение между частицами, постепенно снижает их эффективную массу и разряжает фоновую плотность темной материи. Второй и третий эффекты в итоге перевешивают первый — и рост крупных структур не ускоряется, а подавляется. «Первое, что вы ожидали бы — это что дополнительная притягивающая сила ускорит рост структур. Но происходит кое-что другое», — отметил Вайнер. По его словам, «Вселенная зачастую тоньше, чем наша интуиция».
Расчеты авторы сопоставляли с данными о реликтовом микроволновом излучении, наблюдениями крупномасштабной структуры Вселенной и замерами скорости ее расширения. Вместе с тем работа велась только на линейных масштабах и не учитывала сложные нелинейные взаимодействия реального космоса. Авторы подчеркивают: для окончательных выводов нужны детальные компьютерные симуляции.
Само существование скрытой темной силы исследование не опровергает, но показывает: ее влияние на Вселенную принципиально иное, чем считалось. Темная материя вместе с темной энергией составляет около 95% всей массы-энергии Вселенной, и все, что о ней известно, получено исключительно через гравитационные эффекты — это оставляет широкое пространство для скрытых взаимодействий, которые еще предстоит описать.
Ранее мы сообщали, что ученые раскрыли загадку темной материи через анализ гамма-излучения галактик — и отсутствие сигнала оказалось значимым результатом само по себе.