Несподівано рівномірний розподіл матерії у Всесвіті в великих масштабах може бути пов’язано з аксіонами — надлегкими частинками темної матерії. Дослідження опубліковано в журналі Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
Міжнародна група астрофізиків передбачає, що проблема «грудок», яка зосереджена на несподівано рівномірному розподілі матерії в великих масштабах по всьому Всесвіті, може бути ознакою того, що темна матерія складається з гіпотетичних надлегких частинок, званих аксіонами. Комп’ютерне моделювання підтверджує зібрані дані про розподіл речовини у Всесвіті.
Астрофізики проаналізували спостереження за реліктовим випромінюванням Великого вибуху, космічним мікрохвильовим фоном, отримані в ході досліджень Planck 2018. Вони порівняли дані про поширення реліктового випромінювання з інформацією про скупченні галактик зі спектроскопічного огляду баріонів (BOSS), який показує положення приблизно мільйона галактик найближчого Всесвіту.
Розподіл галактик найближчого Всесвіту: дані огляду SDSS. Зображення: Sloan Digital Sky Survey
Вивчаючи розподіл галактик, яке відображає вплив гравітації темної матерії, вчені виміряли коливання кількості матерії у Всесвіті і підтвердили її меншу грудчастість в порівнянні з передбаченнями класичної космологічної теорії. Потім дослідники провели комп’ютерне моделювання, щоб передбачити поведінку реліктового світла і розподіл галактик у Всесвіті для частинок темної матерії з великою довжиною хвилі. Результати моделювання збіглися з даними спостережень.
Моделювання розподілу матерії у Всесвіті з урахуванням аксіонів і без них. Зображення: Alexander Spencer London / Alex Lagu?
Темна матерія — гіпотетична форма матерії, запропонована, щоб пояснити «приховану масу» у Всесвіті. Маси видимих об’єктів у Всесвіті недостатньо для того, щоб пояснити рух різних об’єктів. Темна матерія — частинки які не беру участі в електромагнітному взаємодії, але надають гравітаційний вплив — може пояснити це нестикування.
Різні групи дослідників запропонували кілька видів частинок, які можуть становити темну матерію. Одна з них — аксіони. Це надлегкі частинки, які у квантовій механіці описуються як нечіткі через їх хвилеподібну поведінку. На відміну від дискретних точкових частинок, аксіони можуть мати довжину хвилі більше, ніж цілі галактики.
Ця нечіткість впливає на формування і розподіл темної матерії, вважають автори дослідження, пояснюючи, чому Всесвіт менш «грудчастий», ніж передбачалося у Всесвіті без аксіонів. Майбутні дослідження, які картують мільйони галактик, допоможуть підвищити точність вимірювання грудчастості і підтвердити або спростувати запропоноване пояснення.