Scienty

Фото: img.freepik.com

Недавнее исследование, проведенное специалистами Женевского университета (UNIGE), пролило новый свет на одну из самых неразгаданных загадок космологии – вопрос о том, действует ли на темную материю тот же набор законов, что и на обычную материю. В публикации, появившейся в научном журнале Nature Communications, представленные результаты указывают на то, что, согласно текущим наблюдениям, гипотетическая темная материя подвержена гравитационному притяжению так же, как и обычное вещество. Однако исследователи предостерегают, что в будущем, при использовании более точных данных, могут быть выявлены неожиданные взаимодействия или ранее неизвестные силы.

Изучение показывает, что в наблюдаемых масштабах темная материя, вероятно, следует тем же физическим законам, что и обычная, хотя при этом не исключается возможность существования незначительных, еще не выявленных сил. Поскольку темная материя не излучает и не отражает свет, она остается невидимой и не была непосредственно зафиксирована. Ученые делают вывод о ее существовании, основываясь на гравитационных эффектах, которые невозможно объяснить только наличием видимой материи. Главный же вопрос заключается в том, взаимодействует ли темная материя с четырьмя известными фундаментальными силами – гравитацией, электромагнетизмом, сильным и слабым ядерным взаимодействием – подобно обычной материи, или же на нее воздействует пятая, неизвестная сила, действующая исключительно на темную материю.

В центре команды находилось явление, известное как гравитационные колодцы — искривления пространства-времени, создаваемые очень массивными объектами. Современная физика точно предсказывает, как видимая материя ведет себя в этих колодцах. Чтобы проверить, применимы ли те же правила к темной материи, ученые сравнили скорости галактик во Вселенной с глубиной этих гравитационных колодцев. Как пояснила соавтор работы Камиль Бонвин, доцент кафедры теоретической физики UNIGE, если на темную материю не действует пятая сила, то галактики, состоящие в основном из темной материи, будут падать в эти колодцы так же, как и обычная материя, подчиняясь исключительно гравитации. Если же пятая сила существует, она повлияет на движение галактик.

Анализ фактических космологических данных свидетельствует о том, что темная материя, подобно обычной материи, притягивается к гравитационным колодцам, следуя уравнениям Эйлера. Однако, по словам ведущего автора исследования Настасии Гримм, на текущем этапе эти результаты не исключают полностью возможность существования неизвестной силы. Если такая пятая сила присутствует, то ее влияние не может превышать семь процентов от силы гравитации, поскольку в противном случае оно уже было бы выявлено в процессе проведенного анализа. Планируемые измерения, включая данные с обсерватории Веры Рубин (LSST) и прибора Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), позволят ученым обнаружить силы, составляющие всего два процента от силы гравитации. Эти наблюдения высокого качества могут окончательно установить, подчиняется ли темная материя тем же принципам, что и обычная материя, или же во Вселенной действует слабая, но принципиально новая сила.