Това ново обяснение на тъмната материя може да се окаже най-доброто досега

Тя съставлява около 85% от общата маса на Вселената, но физиците все още нямат представа какво точно представлява тъмната материя.

Нова хипотеза може да ни доближи до разкриването на нейната идентичност, защото физиците сега подозират, че тъмната материя се променя през цялото време – от призрачни частици в най-големите структури на Вселената, до странно, суперфлуидно състояние при по-малките мащаби. И скоро ще разполагаме с инструментите, за да го потвърдим.

Тъмната материя е хипотетична субстанция, предложена преди почти век, за да отчете ясния дисбаланс между количеството материя във Вселената и количеството на гравитацията, която държи заедно нашите галактики.

Не можем да открием пряко тъмната материя, но можем да видим нейните ефекти върху всичко около нас – начина, по който галактиките се въртят и начина, по който светлината се огъва, докато пътува през Вселената, предполага, че има нещо много повече, отколкото можем да видим.

Сега двама физици предлагат хипотезата, че тъмната материя променя „правилата на играта“ през цялото време и това би могло да обясни защо е толкова неуловима за учените.

Това е идеалната идея,

каза физикът Тим Тайт, специалист по физика на частиците от Калифорнийския университет, Ървайн, който не участва в проучването.

– Може да има два различни вида тъмна материя, които се описват по един и същи начин.

Традиционната гледна точка за тъмната материя е, че тя се състои от слабо взаимодействащи си частици като аксиони, които са повлияни от силата на гравитацията по начини, които можем да наблюдаваме при големите „вселенски“ мащаби.

Тази „студена“ форма на тъмна материя може да се използва, за да се предскаже как ще се държат масивните клъстери на галактиките и се вписва в това, което знаем за „космическата мрежа“ на Вселената – учените предполагат, че всички галактики са свързани в огромна междугалактическа мрежа от невидими нишки от тъмна материя.

Но когато намаляваме мащаба до отделни галактики и начина, по който техните звезди се въртят спрямо галактическия център, нещо „просто не се връзва“.

„Повечето от масата [във Вселената], която е тъмна материя, е отделена от мястото, където се намира обикновената материя“, обяснява физикът от университета в Пенсилвания Джъстин Кхури в прессъобщение.

„В космически мащаби, това пасва много добре с наблюденията, в галактически мащаб хипотезата също се справя доста добре, но вътре в галактиките не се вписва.“

Кхури и неговият колега Лаша Бережяни от университета в Принстън, предполагат, че причината, поради която не можем да напаснем поведението на тъмната материя както на големи, така и на малки мащаби във Вселената, е, че тя може да променя формите си.

Имаме „студени“ частици от тъмната материя за масивните клъстери на галактиките, но в единичен галактически мащаб, те предполагат, че тъмната материя приема суперфлуидно състояние.

Суперфлуидите са форма на студена, гъсто изпълнена материя, която има нулево триене и вискозитет и понякога може да стане кондензат на Босе-Айнщайн, наричан „пето състояние на материята“.

И колкото и странно да звучи, суперфлуидите сега започват да изглеждат по-достъпни от всякога, след като изследователи обявиха буквално миналата седмица, че за първи път са успели да създадат светлина, която се държи като течност – форма на суперфлуид – на стайна температура.

Колкото повече разбираме суперфлуидите, толкова повече физици са готови да се забавляват с идеята, че могат да бъдат много по-разпространени във Вселената, отколкото си мислехме.

„Напоследък повече физици приемат възможността за суперфлуидни фази, които се формират естествено в екстремните условия на пространството“, обяснява Дженифър Оюлейт за списание Quanta.

„Суперфлуидите могат да съществуват вътре в неутронните звезди, а някои изследователи дори спекулират с идеята, че самото „пространство-време“ може да бъде суперфлуид. Защо тогава тъмната материя също да няма и суперфлуидна фаза?“

Идеята е, че тъмната материя, която съществува около отделните галактики, създава необходимите условия за формиране на свръхфлуид – гравитационното издърпване на галактиката гарантира, че тя е гъсто „пакетирана“, а студът на пространството поддържа температурата подходящо ниска.

Увеличете мащаба още и това гравитационно изтегляне става твърде слабо, за да се образува суперфлуид.

Ключът тук е, че съществуването на суперфлуидна тъмна материя може да обясни странното поведение на отделни галактики, което само гравитацията не може да обясни – може да съществува втора, все още недефинирана сила, която действа точно като гравитацията в тъмната материя около тях.

Когато нарушавате електрическото поле, получавате радиовълни, а когато нарушавате гравитационното поле, получавате гравитационни вълни. Когато нарушавате суперфлуида? Получавате фонони (звукови вълни) и тази допълнителна сила може да работи в допълнение към гравитацията, обясняват учените.

„Хубаво е, защото имаме допълнителна сила върху гравитацията, но наистина свързана с тъмната материя“ – казва Кхури. „Това е свойство на средата на тъмната материя, която поражда тази сила .“

Трябва да сме наясно, че тази хипотеза все още не е рецензирана, така че всичко това е точно в сферата на хипотетичното. Но тя е публикувана на уеб сайта pre-print arXiv.org за изследователи в тази област, които да се запознаят предварително.

Голямото нещо е, че тази хипотеза може да обясни и MOND – теорията за модифицираната нютоновата динамика, според която е необходима промяна на законите на Нютон, за да се отчетат специфичните свойства, наблюдавани в галактиките.

„В галактиките съществува суперфлуидно движение на тъмната материя и MOND, но в галактическите клъстери няма суперфлуидно движение на тъмната материя и MOND не се прилага“, се казва в изявление на пресцентъра.

Ще трябва да изчакаме и да видим докъде ще се развива тази хипотеза, но Кхури и Бережиани казват, че са близо до начин за потвърждението й.

Изследването е достъпно онлайн на arXiv.org.