Temna snov, nevidni material, ki predstavlja veliko večino mase vesolja, se lahko sestavi v atome, kažejo nove simulacije. Ti "temni atomi" lahko korenito spremenijo razvoj galaksij in nastanek zvezd, kar astronomom daje novo priložnost za razumevanje te skrivnostne snovi.
Temna snov predstavlja več kot 80 % mase vsake galaksije in jate galaksij v vesolju. Vsa naša opazovanja kažejo, da je temna snov neka nova vrsta delcev, ki ne deluje z navadno snovjo ali celo s svetlobo. Temno snov lahko identificiramo le skozi njeno gravitacijsko interakcijo z vsem ostalim. Karkoli že je temna snov, presega naše sodobno razumevanje fizike. Vendar ima še vedno maso in s tem gravitacijo.
Ne vemo še, ali je temna snov preprosta ali kompleksna. Lahko je sestavljen iz samo ene vrste delcev, ki prevladujejo v vesolju in skorajda ne delujejo niti sami s seboj. Lahko pa je sestavljen iz več vrst delcev z enako bogato raznolikostjo, kot jo vidimo v navadni snovi. Poleg tega poznamo le štiri temeljne naravne sile: gravitacijo, elektromagnetizem, močno jedrsko interakcijo in šibko jedrsko interakcijo. Lahko pa obstajajo dodatne sile, ki delujejo samo med delci temne snovi in sploh ne vplivajo na normalno snov.
Koncept dodatnih delcev temne snovi in temnih sil ni tako namišljen, kot se morda zdi. Naše razumevanje fizike temelji na simetrijah, ki so globoka matematična razmerja med delci. Možno je, da obstajajo dodatne simetrije v naravnih zakonih, zaradi katerih je temna snov nasprotna normalni snovi, in da za vsako vrsto interakcije, v katero lahko sodeluje normalna snov, obstaja nasprotna stran v temnem sektorju.
Na primer, iz navadne snovi lahko zgradimo enostavne atome: proton in elektron, ki sta med seboj povezana s fotonom, nosilcem elektromagnetne sile, ki posreduje interakcijo. Lahko imamo tudi različico iste strukture temne snovi s temnim protonom, ki je vezan na temne elektrone s temnimi fotoni: temni atomi.
Atomska temna snov bi se obnašala precej drugače kot temna snov, sestavljena samo iz enega delca. Najpomembneje je, da bi se preprosta temna snov zelo težko združila, in to počasi, več sto milijonov let. Navadna snov se zbira v teh gladkih kepah temne snovi, da tvori galaksije, sicer pa živijo ločena življenja. Atomska temna snov pa lahko tvori lastne senčne galaksije – diskaste strukture, ki posnemajo velikost in lokacijo vidnih galaksij.
Skupina astrofizikov je to zanimivo možnost uporabila za modeliranje razvoja galaksij in ugotovila, do kakšnih opazovanih razlik bi lahko prišlo. Atomski temni snovi so dovolili, da se razvije v skladu z lastnimi silami, nato pa raziskali, kako bi te nove strukture vplivale na vidne galaksije prek nove organizacije gravitacije. Svoje rezultate so aprila objavili v spletni zbirki podatkov za prednatis arXiv.
Raziskovalci so ugotovili, da je že majhna količina atomske temne snovi – le 6 % vse temne snovi v vesolju, brez ostale – dovolj, da korenito spremeni razvoj galaksij. Ker je atomska temna snov sposobna medsebojnega delovanja, lahko zlahka kondenzira in izgublja energijo z oddajanjem neke oblike temnega sevanja. Simulacije so pokazale, da se v vsaki galaksiji hitro pojavi "temni disk", katerega vrtenje se zelo ujema z vrtenjem vidnih, normalnih komponent.
Od tam se je atomska temna snov še naprej kondenzirala, tako kot običajni plin kondenzira v oblake in na koncu zvezde. V simulaciji je atomska temna snov oblikovala lastne temne zvezde in bi lahko celo povzročila nastanek lastnih črnih lukenj. Te kepe so nato potonile v galaktično jedro, kjer se je gostota povečala.
Zaradi te dodatne gravitacije je nastajanje zvezd v jedrih galaksij pospešeno, pri čemer nastajajo zvezde veliko hitreje kot galaksije s preprosto temno snovjo. Te simulacije so dejansko izključile nekatere modele atomske temne snovi, ker so ti modeli povzročili, da je njihovim galaksijam prehitro zmanjkalo novega materiala za nastajanje zvezd.
Toda nekateri modeli so preživeli trenutne omejitve opazovanj, kar omogoča nadaljnjo možnost obstoja atomske temne snovi. Raziskovalci upajo, da bodo nadaljnje teoretične in eksperimentalne študije osvetlile verjetnost te zanimive oblike eksotične snovi. Na primer, ker se atomska temna snov kondenzira tako učinkovito, bomo morda lahko zaznali goste zvezde podobne kepe s prihodnjimi študijami gravitacijskega mikrolenziranja z uporabo Nasinega vesoljskega teleskopa Nancy Grace v Rimu.
Preberite tudi: