Чи підкоряється темна матерія тим самим законам, що й звичайна матерія? Таємницю цього невидимого та гіпотетичного компонента нашого всесвіту, котрий не випромінює і не відбиває світло, досі нерозгадано. Наукова група, до складу якої входили дослідники Женевського університету (University of Geneva, UNIGE), поставила собі за мету визначити, чи поводиться ця матерія в космологічному масштабі як звичайна матерія, чи на неї діють інші сили.
Висновки дослідників, опубліковані в Nature Communications, свідчать про схожу поведінку, але залишають відкритою можливість існування поки що невідомої взаємодії. Цей прорив проливає трохи більше світла на властивості цієї невловимої матерії, яка вп’ятеро більш поширена, ніж звичайна матерія.
Звичайна матерія підкоряється чотирьом добре визначеним силам: гравітації, електромагнетизму та сильним і слабким силам на атомному рівні. Але як щодо темної матерії? Невидима та невловима, вона може підлягати тим самим законам або зазнавати дії п’ятої, поки що невідомої сили.
Щоб розгадати цю таємницю, наукова група на чолі з дослідниками із UNIGE поставила собі за мету визначити, чи в космічному масштабі темна матерія потрапляє в гравітаційні колодязі так само, як і звичайна матерія. Під впливом масивних небесних тіл міжгалактичний простір спотворюється, створюючи колодязі. Звичайна матерія — планети, зорі та галактики — потрапляє в ці колодязі відповідно до відомих фізичних законів, зокрема загальної теорії відносності Айнштайна та рівнянь Ейлера. Але як щодо темної матерії?
«Щоб відповісти на це питання, ми порівняли швидкості галактик у Всесвіті з глибиною гравітаційних колодязів», — пояснив Каміль Бонвін (Camille Bonvin), доцент кафедри теоретичної фізики факультету природничих наук UNIGE та співавтор дослідження.
«Якщо на темну матерію не діє п’ята сила, то галактики, які здебільшого складаються з темної матерії, потраплятимуть у ці колодязі, як звичайна матерія, під дією тільки гравітації. З іншого боку, якщо п’ята сила діє на темну матерію, вона впливатиме на рух галактик, які потім потраплятимуть у колодязі по-різному. Порівнявши глибину колодязів зі швидкостями галактик, ми можемо перевірити наявність такої сили».
Застосовуючи цей підхід до сучасних космологічних даних, дослідницька група дійшла висновку: темна матерія потрапляє в гравітаційні колодязі так само, як і звичайна матерія, таким чином підкоряючись рівнянням Ейлера.
«Однак на цьому етапі отримані результати ще не виключають наявність невідомої сили. Але якщо така п’ята сила існує, вона не може перевищувати 7% сили гравітації — інакше вона вже б з’явилася у наших аналізах», — сказала Настасія Ґрімм (Nastassia Grimm), перший автор дослідження з Інституту космології та гравітації Портсмутського університету.
Ці початкові результати знаменують собою важливий крок вперед у характеристиці темної матерії. Наступним завданням буде визначити, чи керує нею п’ята сила.
«Майбутні дані з новітніх спостережних програм, таких як LSST (Legacy Survey of Space and Time) та DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), будуть чутливими до невідомих сил, дія яких становить до 2% сили тяжіння. Тому вони мають дати нам змогу дізнатися ще більше про поведінку темної матерії», — підсумував Ісаак Тутузаус (Isaac Tutusaus), дослідник з обсерваторії Південь-Піренеї Тулузького університету, співавтор дослідження.
За інф. з сайту https://phys.org
