Smatra se da čini 85% materije u univerzumu, tamna materija je nesvetleća i njena priroda nije dobro shvaćena. Dok normalna materija apsorbuje, reflektuje i emituje svetlost, tamna materija se ne može videti direktno, što otežava otkrivanje. Teorija nazvana „tamna materija u samodejstvu“, ili SIDM, predlaže da čestice tamne materije interaguju putem tamne sile, snažno se sudarajući jedna sa drugom blizu centra galaksije.
U radu objavljenom u The Astrophisical Journal Letters, istraživački tim na čelu sa Hai-Bo Iu, profesorom fizike i astronomije na Univerzitetu Kalifornije, Riverside, izveštava da SIDM istovremeno može da objasni dve astrofizičke zagonetke u suprotnim ekstremima.
„Prvi je oreol tamne materije visoke gustine u masivnoj eliptičnoj galaksiji“, rekao je Ju. „Oreo je detektovan posmatranjem jakog gravitacionog sočiva, a njegova gustina je toliko velika da je to krajnje malo verovatno u preovlađujućoj teoriji hladne tamne materije. Druga je da oreoli tamne materije ultra-difuznih galaksija imaju izuzetno niske gustine i da su teško objasniti teorijom hladne tamne materije.“
Oreol tamne materije je oreol nevidljive materije koji prožima i okružuje galaksiju ili jato galaksija. Gravitaciono sočivo se dešava kada se svetlost koja putuje kroz univerzum iz udaljenih galaksija savija oko masivnih objekata. Paradigma/teorija hladne tamne materije, ili CDM, pretpostavlja da su čestice tamne materije bez sudara. Kao što im ime govori, ultra-difuzne galaksije imaju izuzetno nisku svetlost i distribucija njihovih zvezda i gasa je rasprostranjena.
Iuu su se u studiji pridružili Itan Nadler, zajednički postdoktorski saradnik na Carnegie opservatorijama i Univerzitetu Južne Kalifornije, i Daneng Iang, postdoktorski naučnik na UCR-u.
Da bi pokazao da SIDM može da objasni dve astrofizičke zagonetke, tim je sproveo prve simulacije visoke rezolucije formiranja kosmičke strukture sa jakim samointerakcijama tamne materije na relevantnim skalama mase za jak oreol sa sočivom i ultra-difuzne galaksije.
„Ove samo-interakcije dovode do prenosa toplote u oreolu, što diverzifikuje gustinu oreola u centralnim regionima galaksija“, rekao je Nadler. „Drugim rečima, neki oreoli imaju veće centralne gustine, a drugi imaju niže centralne gustine, u poređenju sa njihovim CDM kolegama, sa detaljima koji zavise od istorije kosmičke evolucije i okruženja pojedinačnih oreola.“
Prema timu, dve zagonetke predstavljaju veliki izazov standardnoj CDM paradigmi.
„CDM ima izazov da objasni ove zagonetke“, rekao je Jang. „SIDM je verovatno ubedljiv kandidat za pomirenje dve suprotne krajnosti. U literaturi nema drugih objašnjenja. Sada postoji intrigantna mogućnost da tamna materija može biti složenija i živahnija nego što smo očekivali.“
Istraživanje takođe pokazuje moć sondiranja tamne materije kroz astrofizička posmatranja, uz pomoć kompjuterske simulacije formiranja kosmičke strukture.
„Nadamo se da će naš rad podstaći više studija u ovoj obećavajućoj istraživačkoj oblasti“, rekao je Iu. „To će biti posebno blagovremen razvoj s obzirom na očekivani priliv podataka u bliskoj budućnosti iz astronomskih opservatorija, uključujući svemirski teleskop Džejms Veb i predstojeću Rubin opservatoriju.
Otprilike od 2009. godine, rad Iu i saradnika pomogao je popularizaciji SIDM-a u zajednicama fizike čestica i astrofizike.
