|
Темная сила замедляет рост космических структур
|
|
|
|
Темная материя часто изображается как космический одиночка, взаимодействующий сам с собой и с остальной частью Вселенной только посредством гравитации. Но что, если частицы темной материи также оказывают друг на друга скрытую силу?
|
|
|
|
Новое исследование, опубликованное в журнале «Космология и астрочастичная физика», изучило эту возможность и выявило неожиданный результат. Хотя дополнительная сила притяжения действительно помогает частицам темной материи группироваться, она не обязательно приводит к дополнительному росту космических структур, как предполагает интуиция. На самом деле, обычно происходит обратное.
|
|
Дополнительная «темная сила»
|
|
|
|
Интерес к идее дополнительной «темной силы» возрос в последние годы, поскольку некоторые из наиболее точных наблюдений Вселенной, кажется, рассказывают несколько иные истории. Измерения того, как Вселенная расширялась на протяжении своей истории, и того, как росли галактики и космические структуры, не всегда совпадают так точно, как ожидалось.
|
|
|
|
Некоторые недавние наблюдения далёкой Вселенной предполагают, что расширение Вселенной в прошлом могло быть несколько медленнее, чем предсказывает стандартная космологическая модель, в то время как наблюдения космического микроволнового фона давно указывают на то, что материя может быть более сильно сконцентрирована в самых больших космических масштабах, чем ожидалось.
|
|
|
|
|
|
|
Хотя эти расхождения невелики, они побудили исследователей изучить, не отсутствуют ли некоторые элементы в современной космологической модели.
|
|
|
|
Одна из возможностей заключается в том, что частицы тёмной материи взаимодействуют посредством дополнительной силы, действующей только между ними — отсюда и термин «тёмная сила». Такая сила может влиять как на расширение Вселенной, так и на формирование космических структур, потенциально помогая объяснить некоторые из этих загадочных наблюдений.
|
|
|
|
«То, что мы действительно знаем о тёмной материи, до сих пор было изучено только через её гравитационные эффекты», — говорит Захари Вайнер, исследователь из Института теоретической физики «Периметр» и ведущий автор исследования. «Это оставляет открытой возможность того, что тёмная материя может иметь дополнительные взаимодействия, скрытые от обычной материи».
|
|
|
|
Чтобы исследовать эту возможность, исследователи изучили класс теоретических моделей, в которых частицы темной материи взаимодействуют посредством дополнительной дальнодействующей силы, помимо гравитации.
|
|
|
|
Используя теоретические расчеты и космологические данные, они исследовали, как такая сила повлияет как на расширение Вселенной, так и на рост крупномасштабных космических структур.
|
|
Неожиданные результаты
|
|
|
|
На первый взгляд, результат кажется очевидным. Если частицы темной материи могут притягиваться друг к другу посредством дополнительной силы, они должны более эффективно сгущаться. Такой эффект также может помочь объяснить, почему некоторые наблюдения, по-видимому, указывают на Вселенную с более плотными структурами, чем ожидалось.
|
|
|
|
«Первое, что можно было бы ожидать, это то, что добавление к темной материи дополнительной силы притяжения должно ускорить рост структур», — говорит Вайнер. «Но одновременно вступает в игру и другой эффект».
|
|
|
|
В модели, изученной исследователями, эта сила действительно помогает темной материи более эффективно группироваться. Но тот же механизм также изменяет эволюцию темной материи по мере расширения Вселенной: частицы темной материи фактически становятся легче с течением времени.
|
|
|
|
В результате дополнительная кластеризация оказывается недостаточной для усиления гравитационного влияния материи на космический микроволновый фон. Вместо этого общий эффект обычно заключается в подавлении структурного роста.
|
|
|
|
Полученные результаты могут иметь значение не только для самой темной материи. Некоторые модели, предложенные для объяснения недавних наблюдений с помощью спектроскопического прибора для изучения темной энергии (DESI), основаны на тех же типах взаимодействий темной материи, которые исследовались в этом исследовании. По мнению исследователей, выявленный здесь механизм, вероятно, применим и ко многим из этих более сложных сценариев.
|
|
|
|
По мере того, как новые обзоры и обсерватории предоставляют все более точные данные, подобные этому исследованию могут помочь исследователям понять, какими скрытыми свойствами может обладать темная материя, а какими нет.
|
|
|
|
«Вселенная часто более тонкая, чем наша интуиция», — говорит Вайнер. «Именно поэтому мы должны продолжать проверять эти идеи».
|
|
|
|
Источник
|
