Темная материя, которую часто называют “полтергейстом” Вселенной, по-прежнему не поддается научному пониманию. Невидимая и не обнаруживаемая напрямую, она, тем не менее, оказывает гравитационное воздействие на космические структуры, такие как галактики. Загадка “недостающей массы” лежит в основе современной космологии, но новая гипотеза может произвести революцию в нашем понимании этого явления.
Проблема недостающей массы
Если измерять только видимую материю (звезды, газ), то галактики не обладают достаточной массой, чтобы объяснить их гравитационное сцепление. Согласно современным законам физики, такие галактики должны рассеяться, а звезды и газ улетучиться в космос. Несмотря на это, они остаются нетронутыми, что говорит о существовании дополнительной, невидимой материи — темной материи. Считается, что на эту загадочную субстанцию приходится около 85 % массы Вселенной.
Для объяснения природы темной материи было предложено множество теорий, включая такие экзотические объекты, как первозданные черные дыры, аксионы и WIMP (слабо взаимодействующие массивные частицы). Однако, несмотря на десятилетия исследований, ни одна из этих гипотез не была подтверждена, и темная материя остается неуловимой, что возвращает нас к данной работе. Исследователи из Университета Алабамы в Хантсвилле предлагают инновационную альтернативную теорию.
Новая перспектива
Если говорить конкретнее, то вместо того, чтобы искать конкретные частицы, исследователи предполагают, что решение может лежать в топологических дефектах, присутствующих во Вселенной и возникающих в результате фазовых переходов на ранних стадиях ее развития. Топологический дефект — это неоднородность в структуре пространства-времени, которая может образовываться во время фазовых переходов. Подумайте о фазовом переходе как об изменении состояния материи, например, когда вода превращается в лед. В ранней Вселенной происходили подобные переходы, меняя при этом фундаментальные условия и создавая эти дефекты.
Поэтому исследователи предполагают, что сферические оболочки с высокой плотностью материи могут быть одним из видов топологических дефектов. Эти оболочки состоят из двух слоев: тонкого слоя с положительной массой внутри и тонкого слоя с отрицательной массой снаружи. Общая масса этих слоев равна нулю, что означает, что они не обладают непосредственно измеряемой массой. Однако они могли бы оказывать гравитационное воздействие на другие объекты.
Как уже говорилось выше, эти топологические оболочки могли образоваться во время фазовых переходов. Один из ярких примеров такого перехода — когда Вселенная охладилась настолько, что сильная сила смогла связать кварки в протоны и нейтроны. По мнению авторов, такое охлаждение могло привести к образованию этих сферических оболочек.
Наблюдения и космические последствия
По мнению исследователей, сферические оболочки, возникающие в результате таких переходов, могут создавать эффекты, подобные тем, которые приписывают темной материи. Например, гравитационные линзы — явления, при которых звездный свет искривляется под действием гравитации массивных объектов. Если такие топологические оболочки существуют, то они могут изгибать свет таким же образом, создавая гравитационные линзы.
Кроме того, как уже упоминалось ранее, астрономы заметили, что галактики и скопления галактик обладают большей массой, чем мы можем видеть. Это позволяет предположить, что существует дополнительная, невидимая материя, которая помогает удерживать эти структуры вместе. И здесь топологические оболочки могут объяснить эту сплоченность, не прибегая к традиционной темной материи.
Наконец, недавнее открытие гигантских дуг и других крупномасштабных симметричных структур во Вселенной может поддержать эту гипотезу. Эти почти симметричные структуры, простирающиеся на огромные расстояния, могут быть результатом формирования и выравнивания этих топологических оболочек. Это позволяет по-новому взглянуть на формирование и эволюцию галактик.
Хотя эта гипотеза все еще находится на стадии исследования, она открывает новые пути для изучения. Будущие наблюдения и исследования позволят определить, существуют ли эти топологические дефекты на самом деле и могут ли они объяснить гравитационные эффекты, приписываемые темной материи. Если эта теория подтвердится, она может произвести революцию в нашем понимании Вселенной и решить одну из величайших загадок современной космологии.