Космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST), запущений у 2022 році, кардинально змінив наше розуміння раннього Всесвіту. Однак одна з найбільших загадок космології – природа темної матерії – залишається нерозгаданою. Нові дослідження показують, що JWST незабаром може зробити прорив не шляхом прямого спостереження за темною матерією (яка не взаємодіє зі світлом), а шляхом ідентифікації її гравітаційних ознак у формі стародавніх галактик.
За оцінками, темна матерія становить 85% усієї матерії у Всесвіті. Проблема в тому, що вона не випромінює, не поглинає і не відбиває світло, що унеможливлює пряме виявлення. Вчені знають про його існування завдяки гравітаційному впливу на видиму речовину та світло. Це означає, що темна матерія складається не зі звичайних протонів, нейтронів і електронів. Незважаючи на десятиліття пошуків, гіпотетичні частинки темної матерії залишаються невловимими.
Нове дослідження, опубліковане в журналі Nature Astronomy, припускає, що гравітаційний вплив темної матерії може пояснити несподівано витягнуті форми деяких молодих галактик. Традиційно моделювання припускає, що галактики утворюються, коли газ накопичується вздовж ниток темної матерії, що призводить до сферичних структур. Але JWST все частіше спостерігає за ниткоподібними витягнутими галактиками в ранньому Всесвіті, які не вписуються в цю модель.
Дослідники на чолі з Альваро Позо з Міжнародного фізичного центру Donastia протестували симуляції з різними типами темної матерії. Вони виявили, що “пухнаста темна матерія” (надлегкі частинки з хвилеподібною поведінкою) або “тепла темна матерія” (частинки, що рухаються швидше) можуть пояснити ці дивні форми.
«Якщо надлегкі аксіонні частинки становлять темну матерію, їхня квантова хвилеподібна поведінка протягом деякого часу перешкоджатиме утворенню фізичних масштабів, менших за кілька світлових років, сприяючи гладкій ниткоподібній поведінці, яку JWST зараз бачить на дуже великих відстанях», — пояснив Позо.
Ключовим моментом є те, що ці альтернативні моделі темної матерії створюють більш гладкі нитки, ніж стандартна модель Lambda Cold Dark Matter (LCDM). Газ і зірки рухаються вздовж цих ниток, у результаті чого утворюються витягнуті галактики. JWST продовжить сканувати ці ранні галактики, поки дослідники вдосконалюють симуляції. Поєднання цих спостережень із теоретичним моделюванням може нарешті допомогти розкрити таємницю темної матерії.
Це критично важливий крок, оскільки розуміння темної матерії — це не лише завершення нашої космологічної картини, а й розкриття фундаментальних будівельних блоків Всесвіту. Здатність JWST спостерігати за раннім Всесвітом з безпрецедентною ясністю дає кращу надію, ніж будь-коли раніше, на розгадку цієї таємниці, що налічує десятиліття.
