Новое исследование, проведенное учеными Женевского университета (UNIGE), внесло ясность в один из самых загадочных вопросов космологии — подчиняется ли темная материя тем же законам, что и обычная материя. Результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, показывают, что темная материя, по текущим наблюдениям, падает в гравитационные колодцы аналогично обычной материи. Тем не менее, ученые предупреждают, что могут быть обнаружены новые взаимодействия или силы, если появятся более точные данные. Исследование предполагает, что в наблюдаемых масштабах темная материя подчиняется тем же законам, что и обычная материя, но не исключает существования неизвестных сил.
Темная материя невидима, так как не излучает и не отражает свет. Ее существование ученые определяют по гравитационным эффектам, которые не могут быть объяснены только видимой материей. Основной вопрос заключается в том, взаимодействует ли темная материя с четырьмя фундаментальными силами — гравитацией, электромагнетизмом, сильным и слабым ядерным взаимодействием — так же, как и обычная материя, или на нее действует пятая, неизвестная сила.
Исследование фокусировалось на гравитационных колодцах — искривлениях пространства-времени, создаваемых массивными объектами.
Современная физика точно предсказывает поведение видимой материи в этих колодцах. Для проверки применимости тех же правил к темной материи ученые сравнили скорости галактик с глубиной гравитационных колодцев. Соавтор работы, Камиль Бонвин, доцент теоретической физики UNIGE, объяснила, что если на темную материю не действует неизвестная сила, то галактики, состоящие в основном из темной материи, должны падать в колодцы так же, как и обычная материя, под действием только гравитации. Если же такая сила существует, она должна влиять на движение галактик.
Анализ данных показал, что темная материя действительно падает в колодцы в соответствии с уравнениями Эйлера, аналогично обычной материи. Однако, как отметила ведущая автор исследования Настассия Гримм, эти выводы не исключают полностью существование неизвестной силы. Если она существует, ее воздействие не может превышать семи процентов от силы гравитации. Будущие измерения с обсерватории Веры Рубин (LSST) и прибора Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) позволят обнаружить силы, составляющие всего два процента от силы гравитации, и окончательно подтвердить, подчиняется ли темная материя тем же законам, что и нормальная материя, или во Вселенной действует новая, слабая, но фундаментальная сила.
