Проверка: ученые изучают связь темной материи и гипотетической «пятой силой»

Новости МирТесен

Недавнее исследование, выполненное специалистами Женевского университета (UNIGE), внесло ясность в одну из самых неразгаданных загадок космологии — вопрос о том, действует ли на темную материю та же физика, что и на привычную нам материю. В журнале Nature Communications были представлены результаты работы, свидетельствующие о том, что, судя по текущим наблюдениям, гипотетическая темная материя, подобно обычной материи, подвержена гравитационному притяжению. Однако исследователи предостерегают, что в будущем, по мере получения более точных данных, могут быть выявлены неожиданные взаимодействия или ранее неизвестные силы.

В основе исследования лежит предположение о том, что темная материя, в пределах наблюдаемых масштабов, следует тем же физическим законам, что и обычная материя. Тем не менее, это не исключает возможности существования незначительных, пока еще не выявленных сил. Поскольку темная материя не испускает и не отражает свет, она остается невидимой и не была непосредственно зафиксирована. О существовании темной материи ученые делают вывод, 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 неизвестная, пятая сила, специфичная только для темной материи.

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, подвержена гравитационному притяжению и ведет себя в соответствии с уравнениями Эйлера. Тем не менее, как подчеркнула ведущий автор исследования Настассия Гримм, на текущем этапе полученные выводы не исключают полностью возможность существования неизвестной силы. В случае, если такая пятая сила присутствует, ее влияние не может превышать семь процентов от силы гравитации, поскольку в противном случае оно было бы уже выявлено в ходе проведенного анализа. Планируемые измерения, включая данные с обсерватории Веры Рубин (LSST) и прибора Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), позволят ученым выявить силы, составляющие всего два процента от силы гравитации. Эти наблюдения высокого качества могут окончательно установить, подчиняется ли темная материя тем же законам, что и нормальная материя, или же во Вселенной действует слабая, но принципиально новая сила.