Ученые нашли доказательства в пользу того, что темная материя состоит из сверхлегких частиц — аксионов. Благодаря этому им удалось связать этот загадочный тип вещества с проблемой «комковатости» Вселенной, точнее того, почему она относительно равномерна.
Проблема «комковатости» Вселенной
Группа ученых из Университета Торонто недавно опубликовала теоретическую работу, которую сама называет прорывной. В ней они доказывают, что темная материя состоит из сверхлегких частиц — аксионов. Благодаря этому они могут решить систему с «комковатостью» Вселенной.
Дело не в том, что во Вселенной существуют какие-то аномально большие сгущения вещества. Наоборот, Вселенная выглядит слишком однородной, если сравнивать с тем, что люди знают о присутствии в ней обычной и темной материй.
Галактики образуют «космическую паутину», однако узлы в ней, которые представляют собой сверхскопления, относительно небольшие. Если бы темная материя состояла из каких-то тяжелых частиц, то «комковатость» в большом масштабе должна была быть намного больше.
Темная материя может состоять из аксионов
Чтобы доказать свою мысль, ученые исследовали остатки света от Большого взрыва, которые известны как фоновое микроволновое излучение. Далее они использовали обзор неба — Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), в котором содержатся данные о точном расположении примерно миллиона галактик.
Наконец, они смоделировали, какими были бы распределение галактик и реликтовое излучение, если бы темная материя состояла из очень легких частиц, которым соответствуют чрезвычайно длинные волны, и они полностью совпали с тем, что видят наблюдатели.
Именно это мы бы наблюдали, если бы темная материя состояла из аксионов. Физики описывают эти частицы как «нечеткие» из-за того, что волновые свойства проявляются в них значительно больше, чем у остальных «единиц материи». Волны, которые им соответствуют, могут иметь длину, сравнимую с размерами галактик, и именно это может объяснить, почему Вселенная такая равномерная.
Не все так однозначно
Опубликованную работу стоит рассматривать в контексте того, что горячая дискуссия о сущности темной материи продолжается между учеными уже не первый год. Небольшая часть исследователей вообще отвергает ее существование. Остальные выдвигают теории, противоречащие друг другу, и публикуют статьи с доказательствами в их поддержку.
Например, недавно вышел ряд статей о том, что темная материя может образовывать огромные Q-шары внутри галактик, а то и отдельные звезды и планеты. Но те построения основаны на концепциях, прямо противоречащих тому, что описывают авторы теории аксионов.
Сейчас у ученых нет единой теории, которая бы одновременно объясняла гравитацию и квантовую механику, так называемой «теории всего». Самым популярным кандидатом на эту роль за последние несколько десятилетий является теория струн, которая утверждает еще один уровень, ниже квантового, где все состоит из струноподобных возбуждений энергии. По мнению Кейра Роджерса, одного из авторов текущего исследования, обнаружение нечеткой аксионной частицы может быть намеком на то, что теория струн правильная.
«Сейчас у нас есть инструменты, которые могут позволить наконец понять что-то экспериментальное о столетней тайне темной материи, даже в следующем десятилетии или около того, и это может дать подсказки к ответам на еще более грандиозные теоретические вопросы, — говорит Роджерс. — Надежда заключается в том, что загадочные элементы Вселенной можно разгадать».
По материалам phys.org.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
