Մութ նյութը՝ անտեսանելի նյութը, որը կազմում է տիեզերքի զանգվածի ճնշող մեծամասնությունը, կարող է հավաքվել ատոմների մեջ, ցույց են տալիս նոր մոդելավորումները: Այս «մութ ատոմները» կարող են արմատապես փոխել գալակտիկաների էվոլյուցիան և աստղերի ձևավորումը՝ աստղագետներին նոր հնարավորություն տալով հասկանալու այս առեղծվածային նյութը։
Մութ նյութը կազմում է տիեզերքի յուրաքանչյուր գալակտիկաների և գալակտիկաների կլաստերի զանգվածի ավելի քան 80%-ը: Մեր բոլոր դիտարկումները ցույց են տալիս, որ մութ նյութը նոր տեսակի մասնիկ է, որը չի փոխազդում սովորական նյութի կամ նույնիսկ լույսի հետ: Մենք կարող ենք բացահայտել մութ նյութը միայն մնացած ամեն ինչի հետ գրավիտացիոն փոխազդեցության միջոցով: Ինչ էլ որ լինի մութ նյութը, այն դուրս է ֆիզիկայի մեր ժամանակակից պատկերացումներից: Բայց այն դեռևս ունի զանգված և հետևաբար ձգողականություն:
Մենք դեռ չգիտենք՝ մութ նյութը պարզ է, թե բարդ: Այն կարող է բաղկացած լինել միայն մեկ տեսակի մասնիկից, որը գերիշխում է տիեզերքի վրա և գրեթե չի փոխազդում նույնիսկ իր հետ: Կամ այն կարող է բաղկացած լինել մի քանի տեսակի մասնիկներից՝ նույն հարուստ բազմազանությամբ, որը մենք տեսնում ենք սովորական նյութում։ Ավելին, մենք գիտենք բնության միայն չորս հիմնարար ուժեր՝ ձգողականություն, էլեկտրամագնիսականություն, ուժեղ միջուկային փոխազդեցություն և թույլ միջուկային փոխազդեցություն: Բայց կարող են լինել լրացուցիչ ուժեր, որոնք գործում են միայն մութ նյութի մասնիկների մեջ և ընդհանրապես չեն ազդում նորմալ նյութի վրա։
Մութ նյութի լրացուցիչ մասնիկների և մութ ուժերի հայեցակարգն այնքան էլ անհասկանալի չէ, որքան կարող է թվալ: Ֆիզիկայի մեր պատկերացումները կառուցված են սիմետրիաների վրա, որոնք մասնիկների միջև խորը մաթեմատիկական հարաբերություններ են: Հնարավոր է, որ բնության օրենքներում կան հավելյալ համաչափություններ, որոնք մութ մատերիան դարձնում են սովորական նյութի նմանակ, և որ ցանկացած տեսակի փոխազդեցության համար, որին կարող է ներգրավվել նորմալ նյութը, կա մութ հատվածի նմանակ:
Օրինակ, սովորական նյութից մենք կարող ենք կառուցել պարզ ատոմներ՝ պրոտոն և էլեկտրոն, որոնք կապված են միմյանց հետ, փոխազդեցությանը միջնորդող էլեկտրամագնիսական ուժի կրող ֆոտոնով։ Մենք կարող ենք նաև ունենալ նույն մութ նյութի կառուցվածքի տարբերակ՝ մութ պրոտոնով, որը կապված է մութ էլեկտրոնների հետ մութ ֆոտոնների միջոցով՝ մութ ատոմներ:
Ատոմային մութ մատերիան շատ այլ կերպ կվարվեր, քան միայն մեկ մասնիկից բաղկացած մութ նյութը: Ամենակարևորն այն է, որ պարզ մութ նյութի համար շատ դժվար կլինի միավորվել, և դա կանի դանդաղ, հարյուր միլիոնավոր տարիների ընթացքում: Սովորական նյութը հավաքվում է մութ նյութի այս հարթ կուտակումներում՝ գալակտիկաներ ձևավորելու համար, բայց հակառակ դեպքում նրանք առանձին կյանքեր են վարում: Ատոմային մութ նյութը, այնուամենայնիվ, կարող է ձևավորել իր ստվերային գալակտիկաները՝ սկավառականման կառուցվածքներ, որոնք ընդօրինակում են տեսանելի գալակտիկաների չափերն ու գտնվելու վայրը:
Աստղաֆիզիկոսների թիմն օգտագործեց այս հետաքրքիր հնարավորությունը՝ մոդելավորելու գալակտիկաների էվոլյուցիան և տեսնելու, թե ինչ տարբերություններ կարող են առաջանալ: Նրանք թույլ տվեցին ատոմային մութ նյութին զարգանալ ըստ իր ուժերի, և այնուհետև ուսումնասիրեցին, թե ինչպես այս նոր կառուցվածքները կազդեն տեսանելի գալակտիկաների վրա՝ գրավիտացիայի նոր կազմակերպման միջոցով: Նրանք ապրիլին հրապարակեցին իրենց արդյունքները առցանց նախնական տպագրության տվյալների բազայում arXiv.
Հետազոտողները պարզել են, որ ատոմային մութ նյութի նույնիսկ փոքր քանակությունը՝ տիեզերքի ամբողջ մութ նյութի ընդամենը 6%-ը, չհաշված մնացածը, բավական է գալակտիկաների էվոլյուցիան արմատապես փոխելու համար: Քանի որ ատոմային մութ նյութը ունակ է փոխազդելու, այն կարող է հեշտությամբ խտանալ՝ կորցնելով էներգիա մութ ճառագայթման ինչ-որ ձևի արտանետման պատճառով: Սիմուլյացիան ցույց է տվել, որ յուրաքանչյուր գալակտիկայի ներսում արագորեն հայտնվում է «մութ սկավառակ», որի պտույտը սերտորեն համապատասխանում է տեսանելի, նորմալ բաղադրիչների պտույտին:
Այնտեղից ատոմային մութ նյութը շարունակում էր խտանալ, ճիշտ այնպես, ինչպես սովորական գազը խտանում է ամպերի և ի վերջո աստղերի մեջ: Մոդելավորման ժամանակ ատոմային մութ նյութը ձևավորեց իր մութ աստղերը և կարող էր նույնիսկ առաջացնել իր սեփական սև խոռոչները: Այնուհետև այս կուտակումները սուզվել են գալակտիկական միջուկի մեջ, որտեղ խտությունը մեծացել է:
Այս լրացուցիչ ձգողականության պատճառով աստղերի ձևավորումը գալակտիկաների միջուկներում արագանում է, ինչը շատ ավելի արագ է ձևավորում աստղեր, քան պարզ մութ նյութ ունեցող գալակտիկաները: Այս սիմուլյացիան իրականում բացառել է ատոմային մութ նյութի որոշ մոդելներ, քանի որ այդ մոդելները պատճառ են դարձել, որ նրանց գալակտիկաները շատ արագ սպառվեն աստղերի ձևավորման նոր նյութից:
Սակայն որոշ մոդելներ վերապրել են դիտարկումների ներկայիս սահմանները՝ թույլ տալով ատոմային մութ նյութի գոյության հետագա հնարավորությունը: Հետազոտողները հույս ունեն, որ հետագա տեսական և փորձարարական ուսումնասիրությունները լույս կսփռեն էկզոտիկ նյութի այս հետաքրքիր ձևի ճշմարտացիության վրա: Օրինակ, քանի որ ատոմային մութ մատերիան այնքան արդյունավետ է խտանում, մենք կարող ենք հայտնաբերել աստղանման խիտ կուտակումներ ապագա գրավիտացիոն միկրոոսպնյակային ուսումնասիրություններով՝ օգտագործելով ՆԱՍԱ-ի Նենսի Գրեյս տիեզերական աստղադիտակը Հռոմում:
Կարդացեք նաև.