Тъмната материя се държи повече като вълни, отколкото като частици

Физиците са убедени, че по-голямата част от материята във Вселената се състои от невидима субстанция, за която имаме само косвени доказателства. Природата на тази тъмна материя обаче остава загадка. Изследвайки гравитационните изкривявания на светлината, физици от Хонконг считат, че са с една стъпка по-близо до разбирането на тези фундаментални космологични процеси.

Причината космолозите да са убедени, че тъмната материя съществува, е, че можем да наблюдаваме въздействието на нейната гравитация върху поведението на галактиките. По-конкретно, тъмната материя изглежда съставлява до 85% от масата на Вселената и повечето от далечните галактики, които виждаме, са заобиколени от ореол от тази мистериозна материя. Тази материя се нарича тъмна материя, защото не излъчва, не отразява и не поглъща светлината, така че е изключително трудно да бъде открита.

Тъмната материя най-вероятно се състои от някакви неизвестни елементарни частици, но тяхната природа продължава да бъде много спорен въпрос. Всички досегашни опити за откриване на частици от тъмната материя в лабораторни условия са неуспешни. Две хипотези обаче са придобили най-голяма тежест. Първата е, че тъмната материя се състои от слабо взаимодействащи масивни частици, или WIMP (Вимпове). Втората е, че те са изключително леки аксионни частици. На теория WIMP се държат по-скоро като вълни поради квантовата интерференция.

Изборът на едната или другата възможност е много труден, но светлината от далечна галактика помогна. Когато светлината преминава в близост до масивни обекти като галактиките, нейната траектория се изкривява според законите на общата теория на относителността – гравитацията огъва пространство-времето около себе си. В резултат на това зад далечната галактика можем да видим размазан образ на други галактики. Светлината от по-отдалечените звезди създава ореол около по-близките звезди.

Това изкривяване на светлината се нарича гравитационна леща, а пръстените от светлина, които се появяват около галактиките, се наричат пръстени на Айнщайн-Хвалсон, пише Phys.org.

Учени от университета в Хонконг са изследвали няколко звездни системи, при които многочислените копия на един и същ много отдалечен космически обект се вижда като фон в пръстена на една от галактиките. С помощта на подробно компютърно моделиране те успяха да определят по какъв начин тези изображения биха били изкривени, ако тъмната материя се състои от Вимпове или аксиони. Оказа се, че моделът на Вимповете не прилича на реалните изображения от телескопа, но компютърният модел на аксионите възпроизвежда съвсем точно всички параметри на наблюдаваната система.

Резултатите от тези изследвания показват, че аксионният модел на тъмната материя е по-вероятен отговор на загадката от този на Вимповете. Тоест, черната материя се държи повече като вълни, отколкото като частици.