На протяжении столетий ученые охотятся за невидимым клеем, который, по мнению многих, скрепляет наш космос. Им еще предстоит наблюдать эту «темную материю», но есть убедительные признаки ее существования; например, можно наблюдать эффекты гравитации, которую она создает для близлежащих объектов. Получение дополнительных знаний может стать ключом к разгадке глубочайших тайн Вселенной.
И, возможно, астрономы только что нашли ценную подсказку, которая поможет им наконец-то наблюдать эту материю. Большинство ученых теоретизируют, что темная материя составляет примерно 85 процентов всей материи во Вселенной, но они считают, что она состоит из вещества, невидимого для наших телескопов. Другая причина, по которой ее трудно наблюдать, по мнению некоторых ученых, заключается в том, что это таинственное вещество может быть тем, что они называют «бесстолкновительным», то есть его частицы взаимодействуют друг с другом и с другим веществом лишь косвенно.
Однако недавнее исследование, опубликованное в Physical Review Letters, переворачивает это предположение с ног на голову. Авторы исследования предлагают новый тип темной материи, который, по их утверждению, может быть «самовзаимодействующим». В отличие от традиционной концепции темной материи, эти частицы будут взаимодействовать не только друг с другом, но и с окружающим их другим веществом.
Если говорить на человеческом языке, самовзаимодействующая темная материя ведет себя как толпа людей, которые намеренно сталкиваются друг с другом, вместо того чтобы тихо обходить других в группе, говорит Хай-Бо Ю, доктор философии, физик из Калифорнийского университета в Риверсайде, один из авторов исследования. Вместо того чтобы состоять из бесстолкновительного и «холодного» (или медленно движущегося) материала, исследование Ю предполагает, что самовзаимодействующая темная материя может объяснить некоторые виды структур, которые мы действительно наблюдаем с помощью телескопов.
Однако одна из проблем в доказательстве теории Ю — это тот факт, что мы не знаем, из каких частиц состоит темная материя, объясняет Йонатан Хан, доктор философии, физик из Университета Торонто, который не участвовал в исследовании. «Мы не знаем, сколько она весит, мы не знаем, взаимодействует ли она с обычной материей посредством сил открытой гравитации, и мы также не знаем, взаимодействует ли она сама с собой», — говорит он.
Хан говорит, что Ю не первый, кто предлагает такую форму материи, но причина, по которой она не была доказана, связана с проблемами наблюдения: «Часть проблемы заключалась в попытке найти правильные астрофизические наблюдаемые величины, которые действительно фокусируются на сигнатурах самовзаимодействующей темной материи», — говорит он.
Но если темная материя может взаимодействовать сама с собой, Ю предполагает, что, когда частицы сталкиваются друг с другом, они будут производить энергию такой огромной силы, что это может создать плотные, компактные ядра. Однако наши суперколлайдеры, или машины, которые сталкивают частицы друг с другом на умопомрачительных скоростях, пока недостаточно мощны, чтобы найти частицы, связанные с темной материей. Но если мы в конечном итоге найдем эти ядра, Ю говорит, что они могут помочь объяснить три важные космические загадки, приоткрыв завесу над внутренним устройством нашей Вселенной.
Шрамы на Вселенной
Поток звезд, расположенный примерно в 25 световых годах от нас, называемый GD-1, выглядит «израненным», вероятно, из-за энергии объекта, который давно пронзил его. В 2025 году Ю был частью команды, написавшей статью в Astrophysical Journal Letters, в которой предполагалось, что этот неизвестный объект должен был быть чрезвычайно плотным и состоять из самовзаимодействующей формы темной материи. Команда заявила, что шрам, оставленный на потоке, слишком велик, чтобы его можно было объяснить плотностью холодной темной материи.
Ю добавляет, что для проверки работы необходимы дополнительные наблюдения различных звездных потоков. И это не какая-то далекая мечта — изучение этих полос звезд может стать возможным в ближайшие пять лет, когда появятся новые широкоугольные телескопы (например, будущий космический телескоп Веры К. Рубин, расположенный на севере Чили). «Тогда мы, возможно, сможем исключить другие объяснения», — например, меняется ли гравитационный колодец [или сила] галактики с течением времени и видоизменяет ли он звездные потоки, говорит Ю.
Причудливые гравитационные эффекты
Астрономы часто используют «увеличительные стекла» в космосе. Это не те культовые детективные инструменты, которыми вы, возможно, играли в детстве; скорее, это явления, возникающие, когда очень плотный объект — например, галактика — увеличивает свет объекта, находящегося за ним (с точки зрения астронома на Земле), позволяя им видеть слабые звезды или галактики, которые в противном случае слишком трудно разглядеть с помощью одного только телескопа.
И самовзаимодействующая темная материя может быть ключом к получению дополнительной информации об этих увеличительных стеклах. Ю предполагает, что в одной из таких гравитационно-линзовых систем, известной как JVAS B1938+666, находится сверхплотный объект из темной материи. Однако он также признает недавние исследования, которые предполагают, что многие факторы могут влиять на линзу, включая гравитацию близлежащей эллиптической (овальной) галактики.
Проблема в доказательстве или опровержении теории заключается в том, что линза находится довольно далеко, и трудно понять, что происходит. «В астрономии это также особенно сложно, потому что [линза] находится далеко от нас. Вы не можете воспроизвести это в лаборатории».
Необычные звездные скопления
Существует загадочная карликовая галактика, меньше нашего Млечного Пути, которую американский астроном Харлоу Шепли открыл в 1938 году. Известная как галактика-спутник Печи (Fornax), поскольку она является «спутником» нашей собственной, эта галактика содержит шесть звездных скоплений, включая странное Fornax 6. Причудливое звездное скопление тусклее, чем ожидалось, и имеет неправильную форму.
В то время как некоторые астрономы говорят, что гравитация родительской галактики Fornax 6 может воздействовать на звезды, Ю, в свою очередь, уточняет обсуждение, предполагая, что сгусток темной материи может удерживать звезды в скоплении. Но, предупреждает он, для поиска подобных скоплений и подтверждения его исследования снова потребуются более новые обсерватории.
Ю и Хан согласны с тем, что по мере поступления новых доказательств самовзаимодействующая темная материя может быть ответственна за эти три космические загадки и может раскрыть больше о природе Вселенной, включая частицы здесь, на Земле.
«Я не думаю, что это исследование является концом истории», — говорит Хан.
Вам также может понравиться
20 автомобилей, которые были массово улучшены благодаря редизайну
Собираетесь в отпуск? Эти приборы необходимо отключить от сети перед выходом из дома
Roborock царствует среди роботов-пылесосов, но нам также понравились и другие модели