Запущенный в 2022 году космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) коренным образом изменил наше понимание ранней Вселенной. Однако одна из самых больших загадок космологии — природа тёмной материи — остаётся неразгаданной. Новые исследования показывают, что JWST может вскоре совершить прорыв, не путем прямого наблюдения тёмной материи (которая не взаимодействует со светом), а путем выявления её гравитационных следов в форме древних галактик.
Предполагается, что тёмная материя составляет 85% всей материи во Вселенной. Проблема в том, что она не излучает, не поглощает и не отражает свет, что делает прямое обнаружение невозможным. Ученые знают о её существовании благодаря гравитационному влиянию на видимую материю и свет. Это означает, что тёмная материя состоит не из обычных протонов, нейтронов и электронов. Несмотря на десятилетия поисков, гипотетические частицы тёмной материи остаются неуловимыми.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, предполагает, что гравитационное влияние тёмной материи может объяснить неожиданно вытянутые формы некоторых молодых галактик. Традиционно, симуляции предполагают, что галактики формируются по мере скопления газа вдоль нитей тёмной материи, в результате чего образуются сферические структуры. Но JWST все чаще наблюдает нитевидные, вытянутые галактики в ранней Вселенной, которые плохо вписываются в эту модель.
Исследователи во главе с Альваро Позо из Международного физического центра Донастия протестировали симуляции с различными типами тёмной материи. Они обнаружили, что «пушистая тёмная материя» (сверхлёгкие частицы с волнообразным поведением) или «тёплая тёмная материя» (более быстродвижущиеся частицы) могут объяснить эти странные формы.
«Если сверхлёгкие аксионные частицы составляют тёмную материю, их квантовое волнообразное поведение предотвратит формирование физических масштабов меньше нескольких световых лет в течение некоторого времени, что будет способствовать гладкому нитевидному поведению, которое JWST теперь видит на очень больших расстояниях», — объяснил Позо.
Ключевой момент заключается в том, что эти альтернативные модели тёмной материи создают более плавные нити, чем стандартная модель Lambda Cold Dark Matter (LCDM). Газ и звёзды движутся вдоль этих нитей, в результате чего образуются вытянутые галактики. JWST продолжит сканировать эти ранние галактики, а исследователи будут уточнять симуляции. Сочетание этих наблюдений с теоретическим моделированием может наконец помочь разгадать тайну тёмной материи.
Это критически важный шаг, потому что понимание тёмной материи — это не только завершение нашей космологической картины, но и раскрытие фундаментальных строительных блоков Вселенной. Способность JWST наблюдать раннюю Вселенную с беспрецедентной четкостью дает лучшую надежду, чем когда-либо прежде, на раскрытие этой многолетней тайны.
