Materia întunecată, enigma invizibilă preferată a universului, este de obicei descrisă ca o substanță care răspunde doar la gravitație. Dar oamenii de știință, niciodată mulțumiți cu o poveste simplă, explorează acum o posibilitate mai complexă: particulele de materie întunecată ar putea interacționa și printr-o forță ascunsă proprie. Un nou studiu publicat în Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) a examinat ce s-ar întâmpla dacă materia întunecată ar experimenta o forță atractivă suplimentară. Rezultatele au fost surprinzător de contraintuitive: deși forța face ca materia întunecată să se adune mai eficient, de obicei nu accelerează creșterea structurii cosmice. În schimb, tinde să încetinească această creștere.

De ce iau în considerare oamenii de știință o „forță întunecată”? Pentru că observațiile extrem de precise ale universului au produs rezultate care nu se aliniază întotdeauna perfect. Măsurătorile expansiunii cosmice și ale dezvoltării galaxiilor și altor structuri mari par uneori să spună povești ușor diferite. Unele observații ale universului îndepărtat sugerează că expansiunea ar fi putut decurge ceva mai lent în trecut decât prezice modelul cosmologic standard. Între timp, studiile asupra fundalului cosmic de microunde au sugerat de mult timp că materia ar putea fi mai strâns grupată la cele mai mari scale ale universului decât se aștepta. Aceste diferențe sunt relativ mici, dar au încurajat oamenii de știință să se întrebe dacă modelul standard al cosmologiei ar putea lipsi un ingredient important.

O posibilitate este ca particulele de materie întunecată să simtă o forță suplimentară pe care materia obișnuită nu o poate detecta. Deoarece interacțiunea ar funcționa doar în sectorul materiei întunecate, cercetătorii o numesc „forță întunecată”. O astfel de interacțiune ar putea afecta atât expansiunea universului, cât și formarea galaxiilor și a structurilor cosmice mai mari. „Ceea ce știm cu adevărat despre materia întunecată a fost învățat până acum doar prin efectele sale gravitaționale”, spune Zachary Weiner, cercetător la Perimeter Institute for Theoretical Physics și autor corespondent al studiului. „Aceasta lasă deschisă posibilitatea ca materia întunecată să aibă interacțiuni suplimentare care sunt ascunse materiei obișnuite.”

Echipa de cercetare a investigat un grup de modele teoretice în care particulele de materie întunecată interacționează printr-o forță cu rază lungă de acțiune, pe lângă gravitație. Folosind calcule teoretice împreună cu date cosmologice, oamenii de știință au studiat modul în care această interacțiune ascunsă ar influența istoria expansiunii cosmice și creșterea structurii la scară largă. La început, rezultatul așteptat pare simplu: dacă particulele de materie întunecată se atrag reciproc printr-o altă forță, ele ar trebui să se adune în grupuri mai repede. Acea grupare mai puternică ar putea părea, de asemenea, să explice observațiile care sugerează că universul conține structuri mai dense decât se prevedea. „Primul lucru la care te-ai aștepta este că oferirea materiei întunecate a unei forțe atractive suplimentare ar face structurile să crească mai repede”, spune Weiner. „Dar un alt efect intră în joc în același timp.”

În modelele examinate de cercetători, forța suplimentară face ca materia întunecată să se grupeze mai eficient. Cu toate acestea, schimbă și modul în care materia întunecată se comportă pe măsură ce universul se extinde. Același proces face ca particulele de materie întunecată să piardă efectiv masă în timp. Această reducere slăbește influența lor gravitațională, compensând atracția mai puternică produsă de forța ascunsă. Ca rezultat, gruparea îmbunătățită nu creează o amprentă gravitațională mai puternică pe fundalul cosmic de microunde. În majoritatea cazurilor, efectul combinat suprimă de fapt creșterea structurii cosmice.

Descoperirile ar putea conta pentru teorii care se extind dincolo de materia întunecată în sine. Unele explicații propuse pentru măsurătorile recente de la Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) implică interacțiuni similare între particulele de materie întunecată. Potrivit cercetătorilor, mecanismul nou identificat este probabil să influențeze multe dintre acele modele mai complicate.