Tamna materija, nevidljivi materijal koji čini ogromnu većinu mase svemira, može se sastaviti u atome, pokazuju nove simulacije. Ovi "tamni atomi" mogu radikalno promijeniti evoluciju galaksija i formiranje zvijezda, dajući astronomima novu priliku da shvate ovu misterioznu supstancu.
Tamna materija čini više od 80% mase svake galaksije i jata galaksija u svemiru. Sva naša zapažanja ukazuju da je tamna materija neka nova vrsta čestica koja ne stupa u interakciju sa običnom materijom, pa čak ni sa svetlošću. Tamnu materiju možemo identificirati samo kroz njenu gravitacijsku interakciju sa svim ostalim. Šta god da je tamna materija, ona je izvan našeg modernog razumijevanja fizike. Ali i dalje ima masu, a samim tim i gravitaciju.
Još ne znamo da li je tamna materija jednostavna ili složena. Može se sastojati od samo jedne vrste čestica koje dominiraju svemirom i jedva da stupaju u interakciju čak ni sa sobom. Ili se može sastojati od nekoliko vrsta čestica, sa istom bogatom raznolikošću koju vidimo u običnoj materiji. Nadalje, poznajemo samo četiri fundamentalne sile prirode: gravitaciju, elektromagnetizam, jaku nuklearnu interakciju i slabu nuklearnu interakciju. Ali mogu postojati dodatne sile koje djeluju samo među česticama tamne tvari i uopće ne utječu na normalnu materiju.
Koncept dodatnih čestica tamne materije i tamnih sila nije tako nategnut kao što se čini. Naše razumijevanje fizike je izgrađeno na simetrijama, koje su duboki matematički odnosi između čestica. Moguće je da postoje dodatne simetrije u zakonima prirode koje čine tamnu materiju pandantom normalnoj materiji, i da za svaku vrstu interakcije u koju normalna materija može da se uključi, postoji pandan u tamnom sektoru.
Na primjer, od obične materije možemo izgraditi jednostavne atome: proton i elektron, međusobno povezane, s fotonom, nositeljem elektromagnetne sile, koji posreduje u interakciji. Takođe možemo imati verziju iste strukture tamne materije, sa tamnim protonom vezan za tamne elektrone tamnim fotonima: tamnim atomima.
Atomska tamna materija bi se ponašala mnogo drugačije od tamne materije koja se sastoji od samo jedne čestice. Ono što je najvažnije, bilo bi veoma teško da se obična tamna materija zgrudi, i to bi činilo polako, tokom stotina miliona godina. Obična materija se skuplja u ovim glatkim nakupinama tamne materije kako bi formirala galaksije, ali inače vode odvojene živote. Atomska tamna tvar, međutim, može formirati vlastite galaksije sjene - strukture nalik na disk koje oponašaju veličinu i lokaciju vidljivih galaksija.
Tim astrofizičara iskoristio je ovu intrigantnu mogućnost da modelira evoluciju galaksija i vidi koje bi uočene razlike mogle nastati. Dozvolili su atomskoj tamnoj materiji da evoluira u skladu sa sopstvenim silama, a zatim istražili kako će te nove strukture uticati na vidljive galaksije kroz novu organizaciju gravitacije. Objavili su svoje rezultate u onlajn bazi podataka preštampanja u aprilu arXiv.
Istraživači su otkrili da je čak i mala količina atomske tamne materije – samo 6% ukupne tamne materije u svemiru, ne uključujući ostatak – dovoljna da radikalno promijeni evoluciju galaksija. Budući da je atomska tamna materija sposobna za interakciju, lako se može kondenzirati, gubeći energiju emisijom nekog oblika tamnog zračenja. Simulacije su pokazale da se "tamni disk" brzo pojavljuje unutar svake galaksije, čiji se spin usko poklapa sa spinom vidljivih, normalnih komponenti.
Odatle je atomska tamna materija nastavila da se kondenzuje, baš kao što se normalni gas kondenzuje u oblake i na kraju u zvezde. U simulaciji, atomska tamna materija je formirala svoje tamne zvijezde i čak je mogla uzrokovati stvaranje vlastitih crnih rupa. Ove nakupine su zatim potonule u galaktičko jezgro, gdje se povećala gustina.
Zbog ove dodatne gravitacije, formiranje zvijezda u jezgri galaksija je ubrzano, formirajući zvijezde mnogo brže od galaksija s jednostavnom tamnom materijom. Ove simulacije su zapravo isključile neke modele atomske tamne materije jer su ti modeli doveli do toga da njihove galaksije prebrzo ostanu bez novog materijala za stvaranje zvijezda.
Ali neki modeli su preživjeli trenutne granice promatranja, dopuštajući dalju mogućnost postojanja atomske tamne tvari. Istraživači se nadaju da će daljnje teorijske i eksperimentalne studije rasvijetliti vjerodostojnost ovog intrigantnog oblika egzotične materije. Na primjer, budući da se atomska tamna tvar kondenzira tako efikasno, možda ćemo moći otkriti guste nakupine poput zvijezda budućim studijama gravitacijskog mikrolensinga pomoću NASA-inog svemirskog teleskopa Nancy Grace u Rimu.
Pročitajte također: