Materia întunecată, materialul invizibil care alcătuiește marea majoritate a masei universului, se poate asambla în atomi, arată noile simulări. Acești „atomi întunecați” pot schimba radical evoluția galaxiilor și formarea stelelor, oferind astronomilor o nouă oportunitate de a înțelege această substanță misterioasă.
Materia întunecată reprezintă mai mult de 80% din masa fiecărei galaxii și clustere de galaxii din univers. Toate observațiile noastre indică faptul că materia întunecată este un nou tip de particule care nu interacționează cu materia obișnuită sau chiar cu lumina. Putem identifica materia întunecată doar prin interacțiunea gravitațională cu orice altceva. Oricare ar fi materia întunecată, ea depășește înțelegerea noastră modernă a fizicii. Dar încă are masă și, prin urmare, gravitație.
Încă nu știm dacă materia întunecată este simplă sau complexă. Poate consta dintr-un singur tip de particule care domină universul și cu greu interacționează chiar cu ea însăși. Sau poate consta din mai multe tipuri de particule, cu aceeași varietate bogată pe care o vedem în materia obișnuită. Mai mult, cunoaștem doar patru forțe fundamentale ale naturii: gravitația, electromagnetismul, interacțiunea nucleară puternică și interacțiunea nucleară slabă. Dar pot exista forțe suplimentare care acționează numai printre particulele de materie întunecată și nu afectează deloc materia normală.
Conceptul de particule suplimentare de materie întunecată și forțe întunecate nu este atât de exagerat pe cât ar părea. Înțelegerea noastră despre fizică se bazează pe simetrii, care sunt relații matematice profunde între particule. Este posibil să existe simetrii suplimentare în legile naturii care fac din materia întunecată o contrapartidă a materiei normale și că pentru fiecare tip de interacțiune în care se poate implica materia normală, există o contrapartidă în sectorul întunecat.
De exemplu, din materie obișnuită putem construi atomi simpli: un proton și un electron, legați unul de celălalt, cu un foton, purtător al forței electromagnetice, care mediază interacțiunea. Putem avea și o versiune a aceleiași structuri de materie întunecată, cu un proton întunecat legat de electroni întunecați prin fotoni întunecați: atomi întunecați.
Materia întunecată atomică s-ar comporta mult diferit decât materia întunecată constând dintr-o singură particulă. Cel mai important, ar fi foarte dificil ca materia întunecată simplă să se aglomereze și s-ar face lent, pe parcursul a sute de milioane de ani. Materia obișnuită se adună în aceste aglomerări netede de materie întunecată pentru a forma galaxii, dar, altfel, duc vieți separate. Cu toate acestea, materia întunecată atomică își poate forma propriile galaxii în umbră - structuri asemănătoare unui disc care imită dimensiunea și locația galaxiilor vizibile.
O echipă de astrofizicieni a folosit această posibilitate intrigantă pentru a modela evoluția galaxiilor și pentru a vedea ce diferențe observate ar putea apărea. Ei au permis materiei întunecate atomice să evolueze în funcție de propriile forțe și apoi au investigat modul în care aceste noi structuri ar afecta galaxiile vizibile prin noua organizare a gravitației. Ei și-au publicat rezultatele într-o bază de date online preprint în aprilie arXiv.
Cercetătorii au descoperit că chiar și o cantitate mică de materie întunecată atomică - doar 6% din toată materia întunecată din univers, fără a include restul - este suficientă pentru a schimba radical evoluția galaxiilor. Deoarece materia întunecată atomică este capabilă să interacționeze, se poate condensa cu ușurință, pierzând energie prin emisia unei forme de radiație întunecată. Simulările au arătat că în interiorul fiecărei galaxii apare rapid un „disc întunecat”, a cărui rotație se potrivește îndeaproape cu rotația componentelor vizibile, normale.
De acolo, materia întunecată atomică a continuat să se condenseze, la fel cum gazul normal se condensează în nori și în cele din urmă în stele. În simulare, materia întunecată atomică și-a format propriile stele întunecate și ar putea chiar să provoace formarea propriilor găuri negre. Aceste aglomerări s-au scufundat apoi în miezul galactic, unde densitatea a crescut.
Din cauza acestei gravitații suplimentare, formarea stelelor în nucleele galaxiilor este accelerată, formând stele mult mai rapid decât galaxiile cu materie întunecată simplă. Aceste simulări au exclus de fapt unele modele de materie întunecată atomică, deoarece acele modele au făcut ca galaxiile lor să rămână fără material nou de formare a stelelor prea repede.
Dar unele modele au supraviețuit limitelor actuale ale observațiilor, permițând posibilitatea ulterioară a existenței materiei întunecate atomice. Cercetătorii speră că studiile teoretice și experimentale suplimentare vor face lumină asupra plauzibilității acestei forme intrigante de materie exotică. De exemplu, deoarece materia întunecată atomică se condensează atât de eficient, putem fi capabili să detectăm aglomerări dense asemănătoare stelelor cu ajutorul unor viitoare studii gravitaționale cu microlentile folosind telescopul spațial Nancy Grace de la NASA din Roma.
Citeste si: