Космический телескоп «Джеймс Уэбб» может помочь разрешить одну из самых таинственных проблем современной астрофизики — тайну темной материи. Учёные Калифорнийского университета провели моделирование эволюции Вселенной с момента Большого взрыва. Результаты показывают, что JWST мог бы стать инструментом для исследования этой загадочной космической структуры.
Карликовые галактики, распространенные по всей Вселенной, могут быть ранними формами галактик и представляют собой важный объект для изучения процессов формирования и эволюции Вселенной. Но наблюдаемые характеристики этих галактик не всегда соответствуют моделям: они менее плотные или вращаются быстрее, чем предсказывают расчеты. Здесь на помощь приходит таинственная темная материя.
Исследователи установили, что отклонения могут быть следствием неверного учета взаимодействия темной материи с галактическим газом. Новые вычислительные эксперименты, в которых учтено взаимодействие, показали, что ранние галактики были ярче и меньше, чем предсказывали предыдущие модели. Кроме того, учёные обнаружили, что формирование галактик происходило интенсивнее и быстрее, чем считалось ранее.
В связи с полученными данными исследователи призывают активизировать поиск малых карликовых галактик с помощью JWST. Неудача в этом поиске может свидетельствовать о необходимости пересмотра теорий о тёмной материи.
Тёмная материя практически не взаимодействует с электромагнитным излучением и не светит. В отличие от привычной нам барионной материи, состоящей из атомов, тёмная материя состоит из формы материи, не обладающей электрическим зарядом или способностью излучать свет. Наличие её можно определить по гравитационному воздействию на окружающую барионную материю и даже на свет. Предположение о существовании тёмной материи возникло из-за расхождения между наблюдаемыми параметрами движения галактик и ожидаемыми значениями, вычисляемыми исключительно через гравитационное влияние обычной материи.
Учёные полагают, что большинство галактик окружены огромными облаками тёмной материи, простирающимися за пределы видимой границы галактик. Предполагают, что именно эти облака сыграли ключевую роль в процессе формирования и эволюции галактик.
Стандартная космологическая модель объясняет образование звёзд и галактик гравитационным влиянием скоплений тёмной материи на атомы обычной материи. Однако эта модель не учитывает потоковую передачу тёмной материи между разными регионами Вселенной.
Эксперимент показал, что потоковая передача тёмной материи существенна для формирования звёзд и галактик в ранней Вселенной. Модель указывает на то, что барионная материя, состоящая из водорода и гелия, образовавшаяся после Большого взрыва, двигалась мимо скоплений тёмной материи сверхзвуковыми скоростями. В результате газ не попал в «ловушки скоплений» и не мог образовывать звёзды.
Со временем газ возвращался в галактики, вызывая активное образование звёзд. В результате в этих галактиках появилось значительно больше молодых горячих звёзд, чем в обычных небольших галактиках. Учёные предполагают, что галактики такого типа можно обнаружить с помощью телескопа JWST, который способен регистрировать свет маленьких, но ярких галактик.
Учёные полагают, что обнаружение таких малых ярких галактик в ранней Вселенной подтвердит модель «холодной темной материи», основанную на потоковой передаче. Отсутствие подобных галактик может свидетельствовать о изменении свойств темной материи и требовать пересмотра существующей модели.