Учёные раскрыли возможную двойственную природу тёмной материи

Учёные из Китая предложили новую модель тёмной материи, способную одновременно объяснить несколько противоречивых наблюдений за галактиками. Согласно их расчётам, невидимая субстанция может состоять как минимум из двух видов частиц разной массы, которые со временем распределяются внутри галактических структур неравномерно.

Авторами исследования стали физики из обсерватории Цзыцзиньшань Китайской академии наук. Они допустили, что тёмная материя представляет собой не однородный набор одинаковых частиц, а более сложную систему, включающую тяжёлые и лёгкие компоненты.

Предложенная двухкомпонентная модель предполагает, что частицы взаимодействуют не только посредством гравитации, но и способны напрямую сталкиваться друг с другом. В результате запускается процесс разделения по массе, напоминающий распределение звёзд в крупных звёздных скоплениях.

Более тяжёлые частицы постепенно перемещаются к центрам галактик, тогда как лёгкие компоненты вытесняются во внешние области. Подобный механизм может существенно менять плотность и внутреннюю структуру окружающего галактики невидимого гало.

Модель объяснила противоречивые наблюдения

Стандартная концепция холодной тёмной материи успешно описывает формирование крупных структур Вселенной, однако сталкивается с трудностями на уровне отдельных галактик. Например, в центральных областях некоторых карликовых галактик астрономы обнаруживают значительно меньше невидимого вещества, чем следует из традиционных расчётов.

Одновременно наблюдения с помощью гравитационного линзирования указывают на существование очень плотных и компактных сгустков массы. Эти структуры искривляют пространство и усиливают свет более далёких объектов, хотя классические модели предсказывают меньшее количество подобных событий.

Новая теория тёмной материи связывает оба явления с одним физическим процессом. В небольших галактиках перераспределение частиц создаёт разреженные центральные области, а в более массивных системах скопление тяжёлых компонентов формирует чрезвычайно плотные структуры.

Компьютерные расчёты подтвердили гипотезу

Исследовательская группа проверила предложенный механизм с помощью компьютерного моделирования высокого разрешения. Симуляции показали, что разделение частиц по массе способно воспроизводить как разреженные ядра карликовых галактик, так и компактные скопления, вызывающие сильное гравитационное линзирование.

Расчёты также указывают на повышение вероятности линзирования в небольших масштабах. Когда тяжёлые частицы концентрируются в определённых областях, невидимые подструктуры начинают сильнее увеличивать свет фоновых галактик.

Работа продолжает более раннее исследование этой же научной группы. Ранее физики изучали, как разделение компонентов влияет на различную плотность тёмной материи в карликовых галактиках. Новая публикация расширяет модель и связывает её с наблюдениями гравитационных линз.

Теорию предстоит проверить наблюдениями

Предложенная концепция пока остаётся теоретической моделью и не доказывает существование двух видов частиц. Проверить её позволят будущие обзоры неба, более точные карты распределения вещества и новые наблюдения за искажением света далёких галактик.

Если предсказания подтвердятся, учёным придётся пересмотреть представления о внутреннем устройстве тёмной материи. Вместо единого вещества она может оказаться сложной системой, компоненты которой по-разному ведут себя в процессе формирования и эволюции галактик.

Исследование предлагает единое объяснение сразу нескольким космологическим загадкам, ранее считавшимся несвязанными. Окончательные выводы будут зависеть от результатов новых астрономических наблюдений.