Jaunas simulācijas liecina, ka tumšā matērija, neredzamais materiāls, kas veido lielāko daļu Visuma masas, var apvienoties atomos. Šie "tumšie atomi" var radikāli mainīt galaktiku evolūciju un zvaigžņu veidošanos, sniedzot astronomiem jaunu iespēju izprast šo noslēpumaino vielu.
Tumšā viela veido vairāk nekā 80% no katras Visuma galaktikas un galaktiku kopas masas. Visi mūsu novērojumi liecina, ka tumšā viela ir kāda jauna veida daļiņa, kas nesadarbojas ar parasto vielu vai pat ar gaismu. Mēs varam identificēt tumšo vielu tikai caur tās gravitācijas mijiedarbību ar visu pārējo. Lai kāda būtu tumšā matērija, tā ir ārpus mūsu mūsdienu fizikas izpratnes. Bet tam joprojām ir masa un līdz ar to arī gravitācija.
Mēs vēl nezinām, vai tumšā viela ir vienkārša vai sarežģīta. Tas var sastāvēt tikai no viena veida daļiņām, kas dominē Visumā un gandrīz nesadarbojas pat ar sevi. Vai arī tas var sastāvēt no vairāku veidu daļiņām ar tādu pašu bagātīgu dažādību, kādu mēs redzam parastajā vielā. Turklāt mēs zinām tikai četrus dabas pamatspēkus: gravitāciju, elektromagnētismu, spēcīgo kodolu mijiedarbību un vājo kodola mijiedarbību. Bet var būt papildu spēki, kas darbojas tikai starp tumšās vielas daļiņām un vispār neietekmē parasto vielu.
Papildu tumšās vielas daļiņu un tumšo spēku jēdziens nav tik tāls, kā varētu šķist. Mūsu izpratne par fiziku balstās uz simetrijām, kas ir dziļas matemātiskas attiecības starp daļiņām. Iespējams, ka dabas likumos pastāv papildu simetrijas, kas padara tumšo matēriju par līdzinieku normālai matērijai, un ka jebkurai mijiedarbībai, kurā var iesaistīties normālā matērija, ir ekvivalents tumšajā sektorā.
Piemēram, no parastas vielas mēs varam uzbūvēt vienkāršus atomus: protonu un elektronu, kas savienoti viens ar otru, ar fotonu, elektromagnētiskā spēka nesēju, kas veic mijiedarbību. Mums var būt arī tādas pašas tumšās vielas struktūras versija ar tumšo protonu, kas ar tumšajiem elektroniem ir saistīts ar tumšajiem fotoniem: tumšajiem atomiem.
Atomu tumšā viela uzvestos daudz savādāk nekā tumšā viela, kas sastāv tikai no vienas daļiņas. Vissvarīgākais ir tas, ka vienkāršai tumšajai vielai būtu ļoti grūti salipt kopā, un tas notiktu lēni, simtiem miljonu gadu laikā. Parastā viela sakrājas šajos gludajos tumšās matērijas ķekaros, veidojot galaktikas, bet citādi tās dzīvo atsevišķi. Tomēr atomu tumšā viela var veidot savas ēnu galaktikas - diskveida struktūras, kas atdarina redzamo galaktiku izmēru un atrašanās vietu.
Astrofiziķu komanda izmantoja šo intriģējošo iespēju, lai modelētu galaktiku evolūciju un noskaidrotu, kādas novērotās atšķirības varētu rasties. Viņi ļāva atomu tumšajai vielai attīstīties atbilstoši saviem spēkiem un pēc tam pētīja, kā šīs jaunās struktūras ietekmētu redzamās galaktikas, izmantojot jauno gravitācijas organizāciju. Viņi savus rezultātus publicēja tiešsaistes pirmsdrukas datubāzē aprīlī arXiv.
Pētnieki atklāja, ka pat ar nelielu atomu tumšās vielas daudzumu – tikai 6% no visas tumšās vielas Visumā, neskaitot pārējo – pietiek, lai radikāli mainītu galaktiku evolūciju. Tā kā atomu tumšā viela spēj mijiedarboties, tā var viegli kondensēties, zaudējot enerģiju, izstarojot kāda veida tumšo starojumu. Simulācijas parādīja, ka katrā galaktikā ātri parādās "tumšais disks", kura spins ļoti sakrīt ar redzamo, parasto komponentu spinu.
No turienes atomu tumšā viela turpināja kondensēties, tāpat kā parastā gāze kondensējas mākoņos un galu galā zvaigznēs. Simulācijā atomu tumšā viela veidoja savas tumšās zvaigznes un pat varēja izraisīt savu melno caurumu veidošanos. Pēc tam šie gabali nogrima galaktikas kodolā, kur palielinājās blīvums.
Šīs papildu gravitācijas dēļ zvaigžņu veidošanās galaktiku kodolos tiek paātrināta, veidojot zvaigznes daudz ātrāk nekā galaktikas ar vienkāršu tumšo vielu. Šīs simulācijas faktiski izslēdza dažus atomu tumšās vielas modeļus, jo šie modeļi lika galaktikām pārāk ātri izbeigties no jauna zvaigžņu veidošanās materiāla.
Bet daži modeļi ir izturējuši pašreizējos novērojumu ierobežojumus, ļaujot turpināt atomu tumšās vielas pastāvēšanas iespēju. Pētnieki cer, ka turpmākie teorētiskie un eksperimentālie pētījumi izgaismos šīs intriģējošās eksotiskās vielas formas ticamību. Piemēram, tā kā atomu tumšā viela kondensējas tik efektīvi, mēs, iespējams, varēsim atklāt blīvus zvaigznēm līdzīgus kopumus ar turpmākiem gravitācijas mikrolēcu pētījumiem, izmantojot NASA Nensijas Greisas kosmosa teleskopu Romā.
Lasi arī: