Как темная материя взаимодействует с той, из которой мы состоим

Астрофизики давно ломают голову над связью между загадочной темной материей и видимой (или барионной) материей, из которой состоят звезды, галактики и даже люди. В исследовании, недавно опубликованном в журнале The Astrophysical Journal, ученые привели эмпирические доказательства неминимальной связи между темной материей и гравитацией в динамике местных спиральных галактик.

Темная и обычная материя

В астрономии и космологии, а также в теоретической физике — темная материя это форма материи, не участвующая в электромагнитном взаимодействии и поэтому недоступная прямому наблюдению. Составляет она порядка четверти массы-энергии Вселенной и проявляется только в гравитационном взаимодействии. Это значит, что все, что наблюдает человек, состоит их обычной, видимой материи, которую также называют барионной.

Темная материя должна существовать, чтобы наши нынешние модели Вселенной работали. Но ее не только нельзя видеть, чувствовать или каким-либо образом с ней взаимодействовать — ученые не уверены, что такое темная материя на самом деле.

Однако есть подсказки, например, как темная материя может взаимодействовать с обычной материей посредством гравитации. Однако то, как работают эти взаимодействия, до сих пор остается загадкой. Теперь, в ходе нового исследования ученые предположили, что темная материя взаимодействует с видимой с помощью гравитации с неминимальной связью.

Это означает, что темная материя напрямую связана с искривлением пространства-времени, называемым тензором Эйнштейна. Проще говоря, это новый тип взаимодействия темной материи и гравитации. Если исследователи правы, то вполне логично, что темная материя не будет взаимодействовать с пространством-временем так, как это делает барионная.

Разное взаимодействие

Авторы работы — Джованни Гандольфи, Андреа Лапи и Стефано Либерати — проанализировали данные полученные при наблюдении многочисленных спиральных галактик. Основываясь на своем исследовании, они предполодили, что, возможно, темная материя и барионная материя взаимодействуют таким образом, которого мы не ожидаем. Например, считается, что нет никакой разницы в том, как обе формы материи воспринимают пространство-время. Однако если существует неминимальная связь, то это говорит об обратном.

Мы задались вопросом: что-то не так с гравитацией или мы просто упускаем что-то важное в природе темной материи? Что, если темная материя и стандартная барионная материя не взаимодействуют так, как мы всегда представляли?

Авторы исследования в заявлении для прессы «Раскрытие тайного языка темной материи»

Многие физики считают, что темная материя, в основном, состоит из гипотетических слабо взаимодействующих массивных частиц. Однако, до сих пор ученые не уверены в их существовании. Дело в том, что их никогда не обнаруживали. С другой стороны, некоторые космологи в прошлом пролили свет на связь между гравитацией и темной материей и даже предположили, что последняя возникла из гравитонов (гипотетических квантовых единиц, которые в совокупности порождают силу гравитации).

Новое исследование также подчеркивает решающую роль гравитации во взаимодействии между видимой и темной материей. В нем упоминается, что неминимальная связь приводит к изменению гравитационного влияния темной материи на обычную, и, вероятно, именно так две разные формы материи взаимодействуют друг с другом. 

Что в итоге?

Темная материя — одна из самых обсуждаемых тем в научном сообществе. Время от времени публикуются исследовательские работы и отчеты, которые поддерживают и доказывают существование темной материи. 

Но есть ученые, которые ставят под сомнение само существование темной материи. Ведь ее так и не обнаружили. Однако авторы нового исследования уверены — их работа может переубедить скептиков. Они отметили, что особенность взаимодействия темной материи «не является частью новой экзотической фундаментальной физики. Существование этой неминимальной связи можно объяснить одной только известной наукой».

Однако ученые подчеркивают, что их исследование является лишь одной гипотезой, поэтому требуется дополнительная исследовательская работа для дальнейшего изучения и подтверждения особого свойства темной материи, обсуждаемого в статье.