Pimeän aineen etsijät tuskin tietävät mitään pimeästä aineesta, mutta nyt he tietävät tämän: Se käyttäytyy eri tavalla vanhojen galaksien laidalla kuin uusissa.
Tumma aine on tavaraa, jota emme voi nähdä maailmankaikkeudessa. Se muodostaa suurimman osan maailmankaikkeuden massasta, mutta ei säteile valoa. Se kuitenkin vetää kaikkea painovoiman avulla. Kaikki maailmankaikkeudessa toimii niin kuin sen vetävät suuret raskaat pilvet sellaisesta, jota emme näe. Tähtitieteilijät eivät vain ole varmoja mitä se on.
Uusi artikkeli, joka julkaistiin 3. tammikuuta lehdessä Monthly Notices of Royal Astronomical Society, auttaa kuitenkin kaventumaan sitä.
Suurin osa tutkijoiden tietoisesta tummasta aineesta on "halos" tai pilvissä galakseissa. Mutta siellä on ongelma: Ne ytimet eivät käyttäytyy niin kuin heidän pitäisi tietokoneen simulaatioiden mukaan.
Kun tutkijat mallinevat pimeän aineen halogeenien käyttäytymistä, nämä rakenteet muodostavat yleensä tietyt muodot: tiheät tumman aineen pallot galaksien keskuksissa, joita ympäröivät hämärät esineet. Tähtitieteilijät kutsuvat tätä "pimeäksi" pimeän aineen jakautumaksi. Mutta todellisuudessa monet galaksit käyttäytyvät ikään kuin niiden pimeä aine kiertäisi galaksin ulkopuolella, ympäröimällä "ytimellä", joka on enemmän tai vähemmän tyhjä näkymättömästä materiaalista. Tähtitieteilijät kutsuvat tätä ristiriitaa "cusp-core" -ongelmaksi.
Suosittu selitys nippusydämeongelmalle, nimeltään "itse vuorovaikutteinen pimeä aine" (SIDM) -malli, viittaa siihen, että tumma aine ei ole vain täysin fysiikan ulkopuolella, jonka pystymme suoraan havaitsemaan ja ymmärtämään, vaan se myös vaikuttaa itse käyttämättä tuntemattomia voimia. Jos tumman aineen vuorovaikutukset itsensä kanssa eroavat sen vuorovaikutuksesta tavallisen aineen kanssa, se voisi selittää kuinka se onnistui kulkemaan galaksien keskuksista kohti niiden reunoja.
Mutta tämä selitys saattaa olla monimutkaista asioita, uusi tutkimus ehdottaa.
Toinen voima voisi ajaa tummaa ainetta galaksien keskustasta: tumman aineen kuumeneminen. Tämä viittaa voimakkaaseen energiaan ja tuulen aiheuttamiin tähtiin, jotka ajavat tummaa ainetta galaksien keskuksista (missä suurin osa uusia tähtiä muodostuu). Mutta tästä ilmiöstä on vain vähän suoria todisteita, ja vaikka niitä olisi, ei ole selvää, olisiko tällainen kuumennus riittävän voimakas selittämään eroavuudet pimeän aineen jakautumismalleissa ja mitä havainnot osoittavat.
Tämä uusi kirja kuitenkin ehdottaa, että tumman aineen kuumennus on oikea selitys.
Kirjoittajat tutkivat 16 kääpiögalaksia, jotka on jaettu karkeasti kahteen luokkaan: galaksit, jotka lakkasivat tähtien muodostumisesta miljardeja vuosia sitten, ja galaksit, jotka lakkasivat tähtien muodostumisesta viime aikoina tai muodostavat edelleen tähtiä.
Tutkijat havaitsivat, että vanhemmilla, vähemmän aktiivisilla galakseilla oli taipumusta olla pimeän aineen sirkkeja - alueita niiden keskuksissa, joissa on paljon tummaa ainetta. Aktiivisemmissa galakseissa oli yleensä tyhjiä ytimiä.
Uusien havaintojen mukaan tumman aineen lämmitys on todellinen ja sillä on merkittävä rooli tumman aineen käyttäytymisessä, tutkijat kirjoittivat. Galakseilla, jotka kauan sitten lakkasivat muodostamasta tähtiä, oli myös vähemmän energiaa ajaa tummaa ainetta galaktisen keskuksen ulkopuolelle. Silloin pimeä aine käyttäytyi tavalla, jolla yksinkertaiset mallit ennustavat sen olevan. Aktiivisimmissa tähtiä muodostavissa galakseissa oli enemmän lämmitystä, ja se teki siellä olevan pimeän aineen poikkeamaan malleista.
Jos tämä havainto on totta, se kaventaa mahdollisuuksia, mitä tumma aine voi olla, vaikkakaan ei dramaattisesti: Sen on vain oltava jotain, joka puhalletaan galaksin keskustasta, jossa on paljon uusia tähtiä. Ja tämä tulos voi tarkoittaa, että ei ole tarpeellista ehdottaa kaikenlaisia outoja tumman aineen ominaisuuksia aineen käyttäytymisen selittämiseksi.
Mikään ei ole vielä varmaa. Tutkijat tunnustivat paperissaan luottavansa menetelmiin tumman aineen simuloimiseksi, joita kohta on kritisoitu. Siellä voi olla muita galakseja, joilla on ominaisuuksia jossain koholla ja ydinmalleissa, mikä vaikeuttaisi uusia löytöjä.
Toistaiseksi pimeän aineen etsivät voivat tarttua toisen todisteen punaisella merkkijonolla peitettyihin ilmoitustauluihinsa.
