Қара материя, ғалам массасының басым көпшілігін құрайтын көрінбейтін материал атомдарға жинала алады, жаңа модельдеу көрсетеді. Бұл «қараңғы атомдар» галактикалардың эволюциясын және жұлдыздардың пайда болуын түбегейлі өзгерте алады, астрономдарға осы жұмбақ затты түсінуге жаңа мүмкіндік береді.
Қараңғы материя ғаламдағы әрбір галактика мен галактика кластерінің массасының 80%-дан астамын құрайды. Біздің барлық бақылауларымыз қараңғы материяның қарапайым материямен немесе тіпті жарықпен әрекеттеспейтін бөлшектердің жаңа түрі екенін көрсетеді. Біз қараңғы материяны оның барлық басқа заттармен гравитациялық әрекеттесу арқылы ғана анықтай аламыз. Қандай қараңғы материя болса да, ол біздің физика туралы қазіргі түсінігімізден тыс. Бірақ оның әлі де массасы бар, демек, гравитация.
Біз қараңғы материяның қарапайым немесе күрделі екенін әлі білмейміз. Ол ғаламда үстемдік ететін және өзімен әрең әрекеттесетін бөлшектердің тек бір түрінен тұруы мүмкін. Немесе ол біз қарапайым материяда көретін бірдей бай алуан түрлі бөлшектердің бірнеше түрінен тұруы мүмкін. Сонымен қатар, біз табиғаттың төрт негізгі күшін ғана білеміз: гравитация, электромагнетизм, күшті ядролық әсерлесу және әлсіз ядролық әрекеттесу. Бірақ қараңғы зат бөлшектерінің арасында ғана әрекет ететін және қалыпты затқа мүлдем әсер етпейтін қосымша күштер болуы мүмкін.
Қосымша қараңғы материяның бөлшектері мен қараңғы күштер тұжырымдамасы көрінетіндей алыс емес. Біздің физика туралы түсінігіміз симметрияларға негізделген, бұл бөлшектер арасындағы терең математикалық қатынастар. Табиғат заңдарында қараңғы материяны қалыпты материяға ұқсас ететін қосымша симметриялар болуы мүмкін және қалыпты материя қатыса алатын өзара әрекеттесулердің кез келген түрі үшін қараңғы секторда сәйкестік болуы мүмкін.
Мысалы, кәдімгі материядан қарапайым атомдарды құрастыруға болады: протон мен электрон, өзара әрекеттесуге делдалдық жасайтын электромагниттік күштің тасымалдаушысы фотонмен байланысқан. Сондай-ақ, бізде қараңғы материяның құрылымының нұсқасы болуы мүмкін, қараңғы протон қараңғы фотондар арқылы қараңғы электрондармен байланысты: қараңғы атомдар.
Атомдық қараңғы материя бір ғана бөлшектен тұратын қараңғы материядан әлдеқайда басқаша әрекет етеді. Ең бастысы, қарапайым қараңғы материяның бірігуі өте қиын болар еді және ол жүздеген миллион жылдар бойы баяу болады. Қарапайым материя қара материяның осы тегіс түйірлеріне жиналып, галактикаларды құрайды, бірақ олар басқаша өмір сүреді. Алайда атомдық қараңғы материя өзінің көлеңкелі галактикаларын – көрінетін галактикалардың өлшемі мен орналасуын еліктейтін диск тәрізді құрылымдарды құра алады.
Астрофизиктердің тобы галактикалардың эволюциясын модельдеу және қандай айырмашылықтар туындауы мүмкін екенін көру үшін осы қызықты мүмкіндікті пайдаланды. Олар атомдық қараңғы материяның өз күштеріне сәйкес дамуына мүмкіндік берді, содан кейін бұл жаңа құрылымдар гравитацияның жаңа ұйымы арқылы көрінетін галактикаларға қалай әсер ететінін зерттеді. Олар сәуір айында өз нәтижелерін онлайн алдын ала басып шығару деректер базасында жариялады arXiv.
Зерттеушілер галактикалардың эволюциясын түбегейлі өзгерту үшін атомдық қараңғы материяның шамалы мөлшерінің - қалғандарын қоспағанда, ғаламдағы барлық қараңғы материяның бар болғаны 6% жеткілікті екенін анықтады. Атомдық қараңғы материя өзара әрекеттесуге қабілетті болғандықтан, ол оңай конденсациялануы мүмкін, қараңғы сәулеленудің қандай да бір түрін шығару арқылы энергиясын жоғалтады. Модельдеу көрсеткендей, әрбір галактиканың ішінде «қараңғы диск» тез пайда болады, оның айналуы көрінетін, қалыпты құрамдастардың айналуымен тығыз сәйкес келеді.
Сол жерден атомдық қараңғы материя конденсациялануын жалғастырды, әдеттегі газ бұлттарға және ақырында жұлдыздарға айналады. Модельдеуде атомдық қараңғы материя өзінің қараңғы жұлдыздарын құрады және тіпті өзінің қара тесіктерінің пайда болуына себеп болуы мүмкін. Содан кейін бұл шоғырлар галактикалық ядроға батып кетті, онда тығыздық өсті.
Осы қосымша тартылыс күшінің арқасында галактикалардың өзектеріндегі жұлдыздардың түзілуі жеделдетіліп, қарапайым қараңғы материясы бар галактикаларға қарағанда жұлдыздар әлдеқайда жылдам түзіледі. Бұл модельдеу атомдық қараңғы материяның кейбір үлгілерін жоққа шығарды, өйткені бұл модельдер олардың галактикаларында жаңа жұлдыз түзетін материалдың тым тез таусылуына себеп болды.
Бірақ кейбір модельдер атомдық қараңғы материяның бар болуының одан әрі мүмкіндігіне мүмкіндік беретін бақылаулардың ағымдағы шегінен аман қалды. Зерттеушілер әрі қарай жүргізілетін теориялық және эксперименттік зерттеулер экзотикалық материяның осы қызықты түрінің ақиқаттығына жарық түсіреді деп үміттенеді. Мысалы, атомдық қараңғы материя соншалықты тиімді конденсацияланатындықтан, NASA-ның Римдегі Нэнси Грейс ғарыштық телескопының көмегімен болашақ гравитациялық микролинзалық зерттеулер арқылы біз тығыз жұлдыз тәрізді шоғырларды анықтай аламыз.
Сондай-ақ оқыңыз: