Темная материя, возможно, была исходным «ингредиентом» для создания первых галактик во Вселенной. Вскоре после Большого взрыва частицы темной материи сгустились в гравитационные «гало», втягивая окружающий газ в свои ядра, которые со временем охлаждались и конденсировались в первые галактики. Хотя темная материя считается основой структуры Вселенной, ученые очень мало знают о ее природе, поскольку ее частицы до сих пор не обнаружены.
Ученые из Массачусетского технологического института, Принстонского университета и Кембриджского университета обнаружили, что ранняя Вселенная и самые первые галактики выглядели бы очень по-разному в зависимости от природы темной материи. Впервые команда смоделировала, как могло бы выглядеть раннее формирование галактики, если бы темная материя была нечеткой, а не холодной или теплой.
В наиболее распространенном сценарии темная материя является холодной, состоящей из медленно движущихся частиц, которые, кроме гравитационных эффектов, не взаимодействуют с обычной материей. Считается, что теплая темная материя является немного более легкой и быстрой версией холодной темной материи. А нечеткая темная материя, согласно относительно новой концепции, представляет собой нечто совершенно иное, состоящее из сверхлегких частиц, масса каждой из которых примерно составляет 1 октиллион массы электрона (холодная частица темной материи гораздо тяжелее — примерно в 105 раз массивнее, чем электрон).
В своих симуляциях исследователи обнаружили, что если темная материя холодная, то галактики в ранней Вселенной образовали бы почти сферические гало. Но если бы природа темной материи была нечеткой или теплой, ранняя Вселенная выглядела бы совсем иначе — галактики формировались бы сначала в протяженных, похожих на хвост нитях. В нечеткой Вселенной эти нити казались бы полосатыми, как струны на арфе, освещенные звездами.
По мере появления в сети новых телескопов ученые смогут по модели формирования галактик определить, является ли природа темной материи, которая сегодня составляет почти 85% вещества во Вселенной, нечеткой, а не холодной или теплой.
«Первые галактики в ранней Вселенной могут пролить свет на то, какой тип темной материи мы имеем сегодня, — рассказывает Марк Фогельсбергер, доцент физики в Институте астрофизики и космических исследований при Массачусетском технологическом институте. — Либо это будет модель нити, и нечеткая темная материя является правдоподобной, либо нет, и мы можем исключить эту модель. Теперь у нас есть план того, как это сделать».