Tajemnica ciemnej materii może być ukryta w małych galaktykach

Nie wiemy, czym jest ciemna materia

„Nie wiemy, czym jest ciemna materia i nie ma żadnej teorii, która by to wyjaśniała”. Kontrast, z jakim astrofizyk Jorge Sánchez odnosi się do tej czarnej dziury w naszej wiedzy, nie jest przypadkowy. Stanowiąc niemal 85% kosmosu, ta tajemnicza materia stała się jednym z najlepiej strzeżonych sekretów Wszechświata. Odpowiedź na tę zagadkę może jednak kryć się w najmniejszych galaktykach. Nic dziwnego, że grupa badaczy z Wysp Kanaryjskich wykorzystała jedną z takich galaktyk karłowatych, by zaproponować nową teorię dotyczącą rozkładu ciemnej materii w przestrzeni. To nowe wyjaśnienie, które zgadza się z obserwacjami i które, zdaniem Sáncheza, może pomóc ujawnić, czym dokładnie jest to, co skrywa się w ciemności.

Galaktyki karłowate jako kosmiczne laboratoria

Punktem wyjścia dla tej grupy badawczej – która publikuje swoje wyniki w czasopiśmie „Astronomy and Astrophysics” – jest założenie, że jedynym sposobem na wykrycie ciemnej materii są jej interakcje z resztą otoczenia. „Do tej pory model standardowy (najbardziej akceptowany) zakłada, że jedyną interakcją między galaktykami a ciemną materią jest grawitacja i że to właśnie ta interakcja rozkłada ciemną materię” – wyjaśnia Sánchez. W konsekwencji, to samo wyjaśnienie stwierdza, że „cząstki tworzące ciemną materię nie komunikują się ze sobą”. Innymi słowy, ciemna materia żyje w izolacji od siebie samej, ale jej rozkład zależy od otaczających ją gwiazd.

Ta teoria pozwoliła wyjaśnić wiele okoliczności związanych z ciemną materią, ale nie wytrzymała konfrontacji z rzeczywistością. „Ta teoria przewiduje, że procesy zachodzące w centrach galaktyk – wybuchy supernowych, ruchy gazu i inne rodzaje zjawisk kosmicznych – są wystarczająco energetyczne, aby za pomocą grawitacji przemieszać ciemną materię” – ujawnia naukowiec. Jednak ta teoria – którą Sánchez przypomina, jest tylko przybliżeniem – nie potrafi wyjaśnić, co dzieje się w bardzo małych galaktykach. „Jest w ich centrum tak mało gwiazd i zwykłej materii, że nie mogą one mieć żadnego wpływu na ciemną materię”.

Te galaktyki, zawierające zaledwie kilka tysięcy gwiazd, są zdominowane przez ciemną materię i mają bardzo prostą historię ewolucyjną, co czyni je idealnymi kosmicznymi laboratoriami do testowania teorii dotyczących fizyki ciemnej materii. „Musiała istnieć inna interakcja poza grawitacją, nawet jeśli bardzo słaba” – tłumaczy Sánchez.

Rzadkie kolizje, które wszystko zmieniają

Opublikowane właśnie badanie pokazuje, że niezwykle rzadkie interakcje między cząstkami ciemnej materii mogą w naturalny sposób generować obserwowane struktury centralne – lub „jądra” – formacje, których tradycyjne modele ciemnej materii bez kolizji nie są w stanie łatwo odtworzyć. „Wszystkie cząstki, w tym te z ciemnej materii, muszą w końcu oddziaływać za pomocą sił wykraczających poza grawitację. Nasze badanie pokazuje, że nawet niezwykle rzadkie interakcje mogą pozostawić obserwowalne ślady w najmniejszych galaktykach” – dodaje.

Ich wyjaśnienie zakłada, że pojedyncza kolizja między cząstkami ciemnej materii raz na 10 miliardów lat – czyli mniej więcej przez cały wiek Wszechświata – wystarczy, aby wyjaśnić obserwowane jądra ciemnej materii w tych maleńkich systemach.

Pierwszy krok do rozwiązania kosmicznej zagadki

Mimo tych odstępstw modeli teoretycznych ciemnej materii od modelu standardowego, ten wkład nie jest istotny ze względu na potencjał zmiany samego modelu standardowego, „ale dlatego, że może pozwolić nam znaleźć obserwowalne wielkości, które powiedzą nam coś o naturze ciemnej materii”. Innymi słowy, wkład tych kanaryjskich naukowców to pierwszy krok do rozwikłania wreszcie jednej z najlepiej strzeżonych tajemnic kosmosu.