«`html
Интуиция подсказывает, что если частицы тёмной материи притягиваются друг к другу с помощью некоей скрытой силы, то космические структуры должны формироваться быстрее. Однако результаты нового исследования, опубликованного в Журнале космологии и физики астрочастиц (JCAP), демонстрируют обратное: дополнительное взаимодействие обычно замедляет рост структур во Вселенной. Фото: AI/ScienceDaily.com
Тёмную материю традиционно описывают как невидимую субстанцию, реагирующую только на гравитацию. Однако современные теоретические работы рассматривают более сложный сценарий: частицы тёмной материи могут влиять друг на друга через собственное «тёмное» взаимодействие, невидимое для обычного вещества.
Авторы исследования, в частности научный сотрудник Института теоретической физики «Периметр» Закари Вайнер, провели расчёты, объединив теоретические модели с космологическими данными. Их целью было выяснить, как наличие дальнодействующей силы между частицами тёмной материи влияет на расширение пространства и на формирование крупномасштабной структуры.
Удивительное влияние на космический рост
Первое, что вы ожидаете, — это то, что придание тёмной материи дополнительных сил притяжения должно стимулировать рост структуры быстрее, — поясняет Вайнер. Но в то же время в игру вступает ещё один эффект. Такая усиленная кластеризация могла бы объяснить наблюдения, указывающие на более плотную группировку материи в разных масштабах, чем предсказывает стандартная космологическая модель.
Однако, помимо усиления притяжения, возникает и другой эффект. Тот же процесс, который делает скопление тёмной материи более эффективным, одновременно изменяет поведение частиц по мере расширения Вселенной. В результате частицы начинают эффективно обмениваться импульсом, что ослабляет их гравитационное влияние и компенсирует дополнительное притяжение, создаваемое скрытой силой.
Из-за этого усиленная кластеризация не оставляет более сильного гравитационного отпечатка на реликтовом излучении. Напротив, в большинстве рассмотренных случаев подобное взаимодействие подавляет рост космических структур.
Интерес к гипотезе «тёмной силы» подогревается расхождениями в высокоточных наблюдениях Вселенной. Измерения расширения и эволюции галактик иногда дают картины, не полностью согласующиеся между собой. Некоторые данные о далёкой Вселенной говорят о том, что в прошлом структуры росли медленнее, чем ожидается. В то же время исследования микроволнового фона давно указывают на то, что материя может быть распределена более плотно, чем допускает стандартная модель.
Поскольку эти расхождения относительно невелики, они заставляют учёных задуматься, не упущен ли в стандартной космологии некий важный компонент. Одним из вариантов является именно «тёмная сила» — взаимодействие, действующее только внутри сектора тёмной материи и не затрагивающее обычную материю. Такое взаимодействие могло бы проявляться как в масштабах всей Вселенной, так и в галактиках и их скоплениях.
«То, что мы действительно знаем о тёмной материи, до сих пор было изучено только благодаря её гравитационным эффектам, — говорит Закари Вайнер. — Это ограничивает возможность того, что тёмная материя может иметь дополнительные взаимодействия, которые скрыты от обычной материи».
Полученные результаты могут иметь значение для моделей DESI, а также для теоретических построений, выходящих за рамки одной лишь стандартной космологической модели.
«`ь темной материи. Некоторые объяснения, предложенные для недавних измерений с помощью спектроскопического прибора темной энергии (DESI), включают аналогичные взаимодействия между частицами темной материи.
По данным исследования, недавно обнаруженный механизм, вероятно, также влияет на многие из этих более сложных моделей. Любая теория, включающая скрытую силу притяжения, возможно, должна учитывать возможность того, что темная материя станет легче по мере существования Вселенной.
Более точные измерения будущих обсерваторов и обзорных исследований могут помочь ученым определить, какими скрытыми взаимодействиями может обусловливаться темная материя и какие возможности могут наблюдаться в наблюдениях.
«Все зачастую более тонкая, чем наша интуиция», — говорит он. — говорит Вайнер. «Именно поэтому мы должны продолжать проверять идеи».