ბნელი მატერია, უხილავი მასალა, რომელიც ქმნის სამყაროს მასის აბსოლუტურ უმრავლესობას, შეუძლია ატომებად შეკრება, გვიჩვენებს ახალი სიმულაციები. ამ „ბნელ ატომებს“ შეუძლიათ რადიკალურად შეცვალონ გალაქტიკების ევოლუცია და ვარსკვლავების ფორმირება, რაც ასტრონომებს აძლევს ახალ შესაძლებლობას გაიგონ ეს იდუმალი ნივთიერება.
ბნელი მატერია შეადგენს სამყაროს ყველა გალაქტიკისა და გალაქტიკათა გროვის მასის 80%-ზე მეტს. ყველა ჩვენი დაკვირვება მიუთითებს იმაზე, რომ ბნელი მატერია არის რაღაც ახალი სახის ნაწილაკი, რომელიც არ ურთიერთქმედებს ჩვეულებრივ მატერიასთან ან თუნდაც სინათლესთან. ბნელი მატერიის იდენტიფიცირება მხოლოდ ყველა დანარჩენთან მისი გრავიტაციული ურთიერთქმედებით შეგვიძლია. რაც არ უნდა იყოს ბნელი მატერია, ის ფიზიკის ჩვენი თანამედროვე გაგების მიღმაა. მაგრამ მას მაინც აქვს მასა და, შესაბამისად, გრავიტაცია.
ჩვენ ჯერ არ ვიცით ბნელი მატერია მარტივია თუ რთული. ის შეიძლება შედგებოდეს მხოლოდ ერთი ტიპის ნაწილაკისგან, რომელიც დომინირებს სამყაროში და ძნელად ურთიერთქმედებს თუნდაც საკუთარ თავთან. ან შეიძლება შედგებოდეს რამდენიმე ტიპის ნაწილაკებისგან, იგივე მდიდარი მრავალფეროვნებით, რასაც ჩვეულებრივ მატერიაში ვხედავთ. გარდა ამისა, ჩვენ ვიცით ბუნების მხოლოდ ოთხი ფუნდამენტური ძალა: გრავიტაცია, ელექტრომაგნიტიზმი, ძლიერი ბირთვული ურთიერთქმედება და სუსტი ბირთვული ურთიერთქმედება. მაგრამ შეიძლება არსებობდეს დამატებითი ძალები, რომლებიც მოქმედებენ მხოლოდ ბნელი მატერიის ნაწილაკებს შორის და საერთოდ არ იმოქმედებენ ნორმალურ მატერიაზე.
ბნელი მატერიის დამატებითი ნაწილაკების და ბნელი ძალების კონცეფცია არც ისე შორს არის, როგორც შეიძლება ჩანდეს. ფიზიკის ჩვენი გაგება აგებულია სიმეტრიებზე, რომლებიც ღრმა მათემატიკური ურთიერთობებია ნაწილაკებს შორის. შესაძლებელია, რომ ბუნების კანონებში არსებობდეს დამატებითი სიმეტრიები, რომლებიც ბნელ მატერიას ნორმალური მატერიის კოლეგას აქცევს და ყოველგვარი ურთიერთქმედებისთვის, რომელშიც ნორმალური მატერია შეიძლება ჩაერთოს, ბნელ სექტორში არსებობდეს ანალოგი.
მაგალითად, ჩვეულებრივი მატერიისგან შეგვიძლია ავაშენოთ მარტივი ატომები: პროტონი და ელექტრონი, ერთმანეთთან დაკავშირებული, ფოტონი, ელექტრომაგნიტური ძალის მატარებელი, რომელიც შუამავლობს ურთიერთქმედებას. ჩვენ ასევე შეგვიძლია გვქონდეს იგივე ბნელი მატერიის სტრუქტურის ვერსია, ბნელი პროტონით, რომელიც ბნელ ელექტრონებს უკავშირდება მუქი ფოტონებით: ბნელი ატომები.
ატომური ბნელი მატერია ბევრად განსხვავებულად იქცევა, ვიდრე ბნელი მატერია, რომელიც შედგება მხოლოდ ერთი ნაწილაკისგან. რაც მთავარია, უბრალო ბნელი მატერიის გაერთიანება ძალიან რთული იქნებოდა და ამას ნელა, ასეულობით მილიონი წლის განმავლობაში. ჩვეულებრივი მატერია გროვდება ბნელი მატერიის ამ გლუვ გროვებში გალაქტიკების ფორმირებისთვის, მაგრამ სხვაგვარად ისინი ატარებენ ცალკეულ ცხოვრებას. თუმცა, ატომურ ბნელ მატერიას შეუძლია შექმნას საკუთარი ჩრდილოვანი გალაქტიკები - დისკის მსგავსი სტრუქტურები, რომლებიც ასახავს ხილული გალაქტიკების ზომასა და მდებარეობას.
ასტროფიზიკოსთა ჯგუფმა გამოიყენა ეს დამაინტრიგებელი შესაძლებლობა გალაქტიკების ევოლუციის მოდელირებისთვის და ენახა, თუ რა განსხვავებები შეიძლება წარმოიშვას. მათ საშუალება მისცეს ატომურ ბნელ მატერიას ევოლუცია საკუთარი ძალების შესაბამისად და შემდეგ გამოიკვლიეს, როგორ იმოქმედებდა ეს ახალი სტრუქტურები ხილულ გალაქტიკებზე გრავიტაციის ახალი ორგანიზაციის მეშვეობით. მათ თავიანთი შედეგები გამოაქვეყნეს აპრილში წინასწარ ბეჭდვის ონლაინ მონაცემთა ბაზაში arXiv.
მკვლევარებმა დაადგინეს, რომ ატომური ბნელი მატერიის მცირე რაოდენობაც კი - სამყაროს მთელი ბნელი მატერიის მხოლოდ 6%, დანარჩენის ჩათვლით - საკმარისია გალაქტიკების ევოლუციის რადიკალურად შესაცვლელად. იმის გამო, რომ ატომურ ბნელ მატერიას შეუძლია ურთიერთქმედება, მას შეუძლია ადვილად კონდენსაცია, დაკარგოს ენერგია ბნელი რადიაციის ზოგიერთი ფორმის გამოსხივების გამო. სიმულაციებმა აჩვენა, რომ "ბნელი დისკი" სწრაფად ჩნდება თითოეულ გალაქტიკაში, რომლის ბრუნი მჭიდროდ ემთხვევა ხილული, ნორმალური კომპონენტების ბრუნვას.
იქიდან ატომური ბნელი მატერია აგრძელებდა კონდენსაციას, ისევე როგორც ჩვეულებრივი აირი ღრუბლებში და საბოლოოდ ვარსკვლავებად კონდენსირდება. სიმულაციაში ატომურმა ბნელმა მატერიამ შექმნა საკუთარი ბნელი ვარსკვლავები და შეიძლება გამოიწვიოს საკუთარი შავი ხვრელების წარმოქმნაც. ეს გროვები შემდეგ ჩაიძირა გალაქტიკის ბირთვში, სადაც სიმკვრივე გაიზარდა.
ამ დამატებითი გრავიტაციის გამო, გალაქტიკების ბირთვებში ვარსკვლავების ფორმირება დაჩქარებულია, ვარსკვლავები ბევრად უფრო სწრაფად წარმოიქმნება, ვიდრე მარტივი ბნელი მატერიის მქონე გალაქტიკები. ეს სიმულაციები ფაქტობრივად გამორიცხავდა ატომური ბნელი მატერიის ზოგიერთ მოდელს, რადგან ამ მოდელებმა გამოიწვია მათი გალაქტიკების ახალი ვარსკვლავის წარმომქმნელი მასალის ძალიან სწრაფად ამოწურვა.
მაგრამ ზოგიერთმა მოდელმა გადაურჩა დაკვირვების ამჟამინდელ საზღვრებს, რაც იძლევა ატომური ბნელი მატერიის არსებობის შემდგომ შესაძლებლობას. მკვლევარები იმედოვნებენ, რომ შემდგომი თეორიული და ექსპერიმენტული კვლევები ნათელს მოჰფენს ეგზოტიკური მატერიის ამ დამაინტრიგებელი ფორმის დამაჯერებლობას. მაგალითად, იმის გამო, რომ ატომური ბნელი მატერია ასე ეფექტურად კონდენსირდება, ჩვენ შეგვიძლია შევძლოთ აღმოვაჩინოთ მკვრივი ვარსკვლავის მსგავსი გროვა მომავალი გრავიტაციული მიკროლინზირების კვლევებით NASA-ს ნენსი გრეისის კოსმოსური ტელესკოპის გამოყენებით რომში.
ასევე წაიკითხეთ: