Nowe badania sugerują, że nasze zrozumienie ciemnej materii – niewidzialnej substancji, z której składa się większa część Wszechświata – może być zasadniczo błędne. Niedawne badania wypaczonego światła gwiazd zdecydowanie przemawiają na korzyść rozmytej ciemnej materii (FDM) zamiast od dawna dominującej teorii zimnej ciemnej materii (CDM), co podważa założenia kosmologiczne obowiązujące od dziesięcioleci.
Zagadka ciemnej materii
Przez lata fizycy polegali na CDM jako głównym wyjaśnieniu ciemnej materii: wolno poruszających się, słabo oddziałujących cząstek, które zapewniają strukturę grawitacyjną galaktyk. Jednakże CDM napotyka ciągłe problemy z wyjaśnieniem anomalii obserwowanych na krzywych rotacji galaktyk i zachowaniu galaktyk karłowatych. Te rozbieżności skłoniły naukowców do zbadania alternatywnych modeli, w tym oddziałującej ze sobą ciemnej materii i bardziej radykalnego FDM.
Jest to ważne, ponieważ ciemna materia determinuje sposób powstawania i ewolucji galaktyk. Jeśli nasze modele są błędne, to nasze obliczenia dotyczące przeszłości, teraźniejszości i przyszłości Wszechświata również są błędne.
Soczewkowanie grawitacyjne ujawnia nowe wskazówki
W badaniu opublikowanym na serwerze preprint arXiv przeanalizowano soczewkowanie grawitacyjne – zaginanie światła wokół masywnych obiektów – w celu zmapowania rozkładu ciemnej materii. Obserwując zniekształcenie światła z odległych galaktyk, naukowcy przetestowali trzy wiodące teorie: CDM, samooddziałująca ciemna materia i FDM.
Wyniki były jasne: dane kategorycznie odrzuciły modele gładkiej ciemnej materii oparte na CDM i interakcjach własnych. Zamiast tego wzory soczewkowania najbardziej odpowiadały przewidywaniom FDM. Sugeruje to, że ciemna materia może nie składać się z dyskretnych cząstek, ale z kwantowej „mgły” fal ultralekkich.
Trzy odcienie ciemności
Wiodące teorie na temat ciemnej materii można podsumować w następujący sposób:
- Zimna ciemna materia (CDM): Drobne, wolno poruszające się cząstki tworzące gęste gromady („halo”) wokół galaktyk.
- Oddziałująca ciemna materia: cząsteczki CDM o lekkiej lepkości, które wygładzają gęste obszary i odwracają zapadanie się grawitacyjne.
- Rozmyta ciemna materia (FDM): Fala kwantowa ultralekkich cząstek, która tworzy zmarszczki i mniej wyraźne struktury.
Implikacje dla kosmologii
Jeśli się potwierdzi, odkrycie to będzie miało głębokie implikacje. FDM sugeruje, że ciemna materia zachowuje się jak pole kwantowe, a nie zbiór cząstek. Będzie to wymagało znacznej przeróbki obecnych modeli kosmologicznych, które w dużym stopniu opierają się na CDM.
Kluczowym pytaniem jest teraz, w jaki sposób FDM oddziałuje ze zwykłą materią i jaka jest prawdziwa natura tych egzotycznych cząstek. Przyszłe badania i wzajemne oceny będą miały kluczowe znaczenie dla zweryfikowania tych wyników.
“Przez długi czas głównym podejrzanym był CDM. Jednak dowody, zwłaszcza pochodzące z skręconego światła gwiazd, nie do końca się zgadzają.”
Wszechświat może być bardziej niejasny, niż sądziliśmy, a nasze rozumienie jego podstawowych elementów się zmienia.
