Ciemna materia od dziesięcioleci jest najbardziej znanym murem społecznym astronomii – niewidzialna, niedotykalna, ale jakoś odpowiedzialna za trzymanie galaktyk w kupie jak kosmiczny klej. Standardowy model „zimnej ciemnej materii” działał całkiem nieźle, ale gdy teleskopy stawały się coraz lepsze, zaczęły dostrzegać pewne niezręczne rozbieżności. Galaktyki karłowate miały zaskakująco rzadkie centra ciemnej materii, podczas gdy inne obserwacje pokazywały nieoczekiwanie gęste skupiska ciemnej materii. Te dwa problemy zdawały się wskazywać w przeciwnych kierunkach, jak GPS mówiący ci, żeby jechać na północ i południe jednocześnie.

Fizycy z Purple Mountain Observatory Chińskiej Akademii Nauk (CAS) mają nową propozycję: może ciemna materia nie jest pojedynczym typem cząstki. Ich model „dwuskładnikowej samooddziałującej ciemnej materii” zakłada co najmniej dwa rodzaje cząstek ciemnej materii – jedną cięższą, drugą lżejszą – które mogą na siebie wpływać bezpośrednio, nie tylko przez grawitację. Prowadzi to do „segregacji mas”: cięższe cząstki dryfują w kierunku centrów galaktyk, podczas gdy lżejsze wędrują na zewnątrz, jak powolna migracja gwiazd w gromadzie.

Korzystając z wysokorozdzielczych symulacji komputerowych i szczegółowego modelowania teoretycznego, zespół odkrył, że proces ten naturalnie wyjaśnia zarówno niskogęstościowe jądra w galaktykach karłowatych, jak i gęste skupiska powodujące silne soczewkowanie grawitacyjne. Model zwiększa również prawdopodobieństwo wystąpienia zjawisk soczewkowania grawitacyjnego w małej skali, pomagając wyjaśnić, dlaczego astronomowie widzą ich więcej, niż przewidują tradycyjne modele. Innymi słowy, ciemna materia może być bardziej skomplikowana, niż myśleliśmy – ale w sposób, który wreszcie sprawia, że niechlujne obserwacje zaczynają mieć sens.

Badanie opublikowane w Science Bulletin jest kontynuacją wcześniejszej pracy w Physical Review D autorstwa Danenga Yanga, Yi-Zhonga Fana, Siyuana Hou i Yue-Lina Sminga Tsai. Purple Mountain Observatory jest również zaangażowane w detekcję ciemnej materii za pomocą satelity DAMPE (Wukong), więc nie tylko teoretyzują – polują.

Materiały dostarczone przez Science China Press.