Смята се, че неуловимата материя съставлява около 85% от цялата материя във Вселената и учените могат да измерват начина, по който нейната гравитация влияе върху видимата материя, като планети, звезди и галактики. Но тя се нарича тъмна по причина, че не взаимодейства със светлината, което я прави невидима – поне за нашите съвременни технологии за наблюдение.
За да визуализират как би изглеждала тъмната материя, ако можем да я видим, изследователи от Харвардския университет и Смитсоновия център по астрофизика, създават сложна симулация, която имитира състава на Вселената, включително тъмната материя. Това е първата симулация, която моделира Вселената с нейната тъмна материя от Големия взрив до наши дни, според изследователите.
Резултатът е визуално представяне на това как тъмната материя се разпределя във Вселената, модел, известен като „космическата мрежа“. Това показва как тъмната материя се групира в ореоли, свързани с дълги нишки, както е показано на изображението по-долу. Учените смятат, че газът се насочва по тези нишки в плътните центрове на ореолите, където се събира, като в крайна сметка образува звезди и галактики. Помислете за това като за коли, каращи по магистрали до градовете.
Никой не знае със сигурност от какво е съставена тъмната материя – което, разбира се, е пречка при нейното симулиране. Така че изследователите основават своя модел на най-често срещаната теория за тъмната материя: тя се състои от слабо взаимодействащи масивни частици или WIMP, които са 100 пъти масата на обикновените протони, но слабо заредени.
В допълнение към по-добрата визуализация на космическата мрежа, симулацията също така е накарала учените да открият това, което според тях е универсално свойство на тъмната материя: тя последователно образува едни и същи видове ореоли. Всички ореоли имат подобна структура, независимо от техния размер: Те са най-плътни в своите центрове и стават по-разпръснати по краищата си.
„Тези [ореоли] се формират през различни епохи във Вселената, формират се чрез различни процеси и въпреки това се държат по предсказуем, универсален начин“, казва Соунак Бозе, съавтор на изследването, описващ констатациите в публикация в списание Nature.
Екипът на Бозе симулира диапазон на маса на ореолите от големината на Земята до квадрилион пъти масата на слънцето и обграждащи всяка галактика в космоса. По-големите ореоли се оценяват на 10 до 100 пъти повече от големината на галактиките, които заобикалят.
И все пак въпреки този огромен размер, ореолите от тъмна материя са изключително последователни и еднотипни, според Бозе. „Бих могъл да ви покажа снимка на клъстер на галактика с милион милиарда пъти масата на слънцето и ореол с масата на Земята, милион пъти по-малък от Слънцето и вие не бихте могли да разберете кой кой е,“ казва той в прессъобщение.
Новата симулация хвърля светлина по-специално върху по-малки ореоли от тъмна материя, които не заобикалят нито един видим обект, който можем да открием. Докато изследователите могат да изучават косвено големи ореоли, като гледат галактиките, които заобикалят, ловът за по-малки ореоли изисква от изследователите да се опитат да открият енергията, отделяна при срив на WIMP – процес, наречен унищожаване на тъмната материя.
Когато WIMP се сблъскат близо до центъра на ореолите с тъмна материя, те създават изблик на гама-лъчи. Изследователите смятат, че гама-лъчевите телескопи трябва да могат да открият това, но все още никой не е открил надеждно избухване на гама-лъчи.
„Унищожаването на тъмна материя е единственият начин да идентифицираме малките ореоли тъмна материя“, казва Бозе.
По-малките ореоли се образуват по-близо до Големия взрив, когато Вселената е била по-гъста, така че те са поне два до три пъти по-плътни от по-големите ореоли. Това означава, че техните центрове имат повече WIMP сблъсъци, което може да даде най-добрия шанс за откриване на тъмна материя с помощта на гама-лъчеви телескопи.
Бозе казва, че новите открития, получени от симулацията на екипа му, могат да предизвикат нови и вълнуващи въпроси, като например защо първоначално се образуват ореоли с тъмна материя и как те си взаимодействат.
„Можете да зададете някои наистина фундаментални и задълбочени въпроси за свойствата на тъмната материя, които не биха били възможни досега“, казва Бозе.
