Скрытая тёмная сила замедляет рост космических структур вопреки ожиданиям учёных
Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, скрытая «темная сила», действующая между частицами темной материи, может не ускорять, а, напротив, замедлять рост крупномасштабной структуры Вселенной. Учёные изучили теоретическую возможность существования дополнительного взаимодействия помимо гравитации, которое могло бы объяснить некоторые нестыковки в современных космологических данных, и пришли к неожиданным выводам.
В последние годы интерес к идее «темной силы» значительно возрос. Это связано с тем, что точнейшие наблюдения за эволюцией Вселенной дают противоречивые результаты. Например, одни измерения указывают на то, что в далёком прошлом космическое расширение могло происходить немного медленнее, чем предсказывает стандартная космологическая модель. В то же время данные по реликтовому излучению (космическому микроволновому фону) давно намекают на то, что материя на самых больших масштабах сгруппирована сильнее, чем ожидалось.
Хотя эти расхождения невелики, они заставляют исследователей предполагать, что в текущей модели могут отсутствовать какие-то важные компоненты. Одной из таких гипотез является существование дополнительной силы, которая действует исключительно между частицами темной материи, оставляя обычное вещество незатронутым.
Как поясняет Закари Вайнер, исследователь из Института теоретической физики «Периметр» и соответствующий автор работы, все, что известно о темной материи на сегодняшний день, было получено лишь через изучение ее гравитационного воздействия. Это оставляет открытой возможность существования у темной материи скрытых взаимодействий, невидимых для обычного мира.
Чтобы проверить эту гипотезу, команда учёных исследовала класс теоретических моделей, в которых частицы темной материи притягиваются друг к другу не только гравитацией, но и дополнительной силой дальнего действия. Используя теоретические расчёты и космологические данные, они проанализировали, как такое взаимодействие повлияло бы на расширение Вселенной и формирование ее крупномасштабной структуры.
На первый взгляд, кажется очевидным, что дополнительное притяжение должно заставлять частицы темной материи собираться в сгустки быстрее и эффективнее, что могло бы объяснить наличие более плотных структур, чем предсказывают модели. Однако реальность оказалась сложнее. Как отмечает Вайнер, хотя интуитивно ожидаешь, что дополнительная сила притяжения ускорит рост структур, одновременно с этим начинает действовать другой механизм.
В изученной модели выяснилось, что та же самая сила, которая способствует кластеризации, изменяет эволюцию темной материи по мере расширения Вселенной: эффективно частицы темной материи со временем становятся легче. В результате усиление кластеризации оказывается недостаточным для того, чтобы увеличить гравитационный отпечаток материи на космическом микроволновом фоне. Напротив, совокупный эффект обычно приводит к подавлению роста структур.
Полученные результаты могут иметь значение и для других областей астрофизики. Некоторые модели, предложенные для объяснения недавних наблюдений, полученных с помощью спектроскопического инструмента темной энергии (DESI), опираются на те же типы взаимодействий темной материи, которые рассматривались в этом исследовании.
По словам учёных, выявленный ими механизм, скорее всего, применим и к этим более сложным сценариям. В преддверии поступления все более точных данных с новых обзоров и обсерваторий, подобные работы помогают исследователям сузить круг возможных свойств, которыми темная материя может обладать, а которыми — нет. Вайнер подчёркивает, что Вселенная часто оказывается тоньше, чем подсказывает наша интуиция, и именно поэтому важно продолжать проверять эти идеи.
Исследование в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.