Mörk materia har i årtionden varit astronomins mest kända väggblomma – osynlig, oåtkomlig, men på något sätt ansvarig för att hålla ihop galaxer som kosmiskt lim. Standardmodellen med "kall mörk materia" har fungerat hyfsat, men när teleskopen blev bättre började de upptäcka en del besvärande avvikelser. Dvärggalaxer hade förvånansvärt glesa centra av mörk materia, medan andra observationer visade oväntat täta klumpar. Dessa två problem verkade peka i motsatta riktningar, som en GPS som säger åt dig att åka norrut och söderut samtidigt.

Fysiker vid Purple Mountain Observatory vid Kinesiska vetenskapsakademin (CAS) har ett nytt förslag: kanske är mörk materia inte en enda partikeltyp. Deras "tvåkomponents självinteragerande mörk materia"-modell antar minst två sorters mörka partiklar – en tyngre, en lättare – som kan kollidera med varandra direkt, inte bara via gravitation. Detta leder till "masssegregering": tyngre partiklar driver mot galaxernas centrum medan lättare vandrar utåt, liknande den långsamma migrationen av stjärnor i en hop.

Med hjälp av högupplösta datorsimuleringar och detaljerad teoretisk modellering fann teamet att denna process naturligt förklarar både de låga tätheterna i dvärggalaxers centra och de täta klumparna som orsakar stark gravitationslinsning. Modellen ökar också sannolikheten för småskaliga gravitationslinsningseffekter, vilket hjälper till att förklara varför astronomer ser fler av dem än traditionella modeller förutspår. Med andra ord kan mörk materia vara mer komplicerad än vi trodde – men på ett sätt som äntligen får de röriga observationerna att gå ihop.

Studien, publicerad i Science Bulletin, följer tidigare arbete i Physical Review D av Daneng Yang, Yi-Zhong Fan, Siyuan Hou och Yue-Lin Sming Tsai. Purple Mountain Observatory är också involverat i detektering av mörk materia via DAMPE-satelliten (Wukong), så de teoretiserar inte bara – de jagar.

Material tillhandahållet av Science China Press.