Темная материя была самым знаменитым «невидимкой» астрономии на протяжении десятилетий — невидимая, неприкасаемая, но каким-то образом отвечающая за то, чтобы галактики держались вместе, словно космический клей. Стандартная модель «холодной темной материи» работала достаточно хорошо, но по мере улучшения телескопов начали проявляться неловкие несоответствия. Карликовые галактики имели удивительно разреженные центры темной материи, в то время как другие наблюдения показывали неожиданно плотные сгустки темной материи. Эти две проблемы, казалось, указывали в противоположных направлениях, как GPS, который говорит вам ехать на север и на юг одновременно.

Физики из Обсерватории Пурпурной горы Китайской академии наук (CAS) предложили новую идею: возможно, темная материя — это не один тип частиц. Их модель «двухкомпонентной самовзаимодействующей темной материи» предполагает существование как минимум двух видов частиц темной материи — одной тяжелее, другой легче, — которые могут сталкиваться друг с другом напрямую, а не только через гравитацию. Это приводит к «массовой сегрегации»: более тяжелые частицы дрейфуют к центрам галактик, в то время как более легкие блуждают наружу, подобно медленной миграции звезд в скоплении.

Используя высокоразрешающие компьютерные симуляции и детальное теоретическое моделирование, команда обнаружила, что этот процесс естественным образом объясняет как низкоплотные ядра в карликовых галактиках, так и плотные сгустки, вызывающие сильное гравитационное линзирование. Модель также повышает вероятность событий гравитационного линзирования малого масштаба, помогая объяснить, почему астрономы видят их больше, чем предсказывают традиционные модели. Другими словами, темная материя может быть сложнее, чем мы думали — но таким образом, что наконец-то запутанные наблюдения сходятся.

Исследование, опубликованное в Science Bulletin, продолжает более раннюю работу в Physical Review D, выполненную Данэном Яном, И-Чжун Фанем, Сыюань Хоу и Юэ-Линь Смин Цаем. Обсерватория Пурпурной горы также участвует в обнаружении темной материи с помощью спутника DAMPE (Укун), так что они не просто теоретизируют — они охотятся.

Материалы предоставлены Science China Press.