Учени от Русия изясниха дела на изгубената тъмна материя във Вселената

Физици от Московския физико-технически институт, Института за ядрени изследвания и Новосибирския държавен университет изясниха нивото на нестабилните частици в състава на тъмната материя. По време на Големия взрив тези частици не са превишавали 2-5%. Новото научно изследване е публикувано в Physical Review D.

Академик Игор Ткачов, завеждащ отдела по експериментална физика в Института за ядрени изследвания на РАН споделя, че делът на тъмната материя е намалял. Именно това обяснява несъответствието между космологичните параметри в съвременната Вселена и тези във Вселената малко след Големия взрив. Ткачов е преподавател и учен от катедрата по фундаментални взаимодействия и космология в МФТИ. Като съавтор на изследването с екипа за пръв път успява да разчете количеството изгубена тъмна материя и доколко нестабилен е бил компонентът.

За съществуването на 'скрита маса' във Вселената се досещат астрономите още през 30-те години на миналия век. Тогава Фриц Цвики открива странности в клъстер от галактики в съзвездието Косите на Вероника. Тяхното необичайно движение, сякаш са засегнати от тежестта на някакъв невидим източник, привлича вниманието му.

Тази скрита маса, която не се проявява по никакъв начин, с изключение на гравитационните ефекти, е т.нар. тъмна материя. Данните от космическия телескоп "Планк" определят 26.8%-ен дял тъмна материя във Вселената. Останалите са 4.9% 'нормална' материя и 68.3% тъмна енергия.

Природата на тъмната материя все още остава неизвестна, но изглежда, че нейните качества ще помогнат на учените да решат проблема, който възниква след анализ на резултатите от наблюденията на космическия телескоп. Това устройство точно измерва колебанията на температурата на реликтовия микровълнов фон - "ехото" на Големия взрив. Чрез измерване на тези колебания учените успяват да изчислят ключови космологични параметри на Вселената в ерата на рекомбинация - около 300 000 години след Големия взрив.

Оказва се, че някои от тези параметри (на Хъбъл, описващ скоростта на разширяване на Вселената, както и този, свързан с броя на галактиките в клъстери) са в значително в противоречие с данните, които се получават от наблюденията на Вселена в момента. Според Ткачов това разминаване се получава в резултат на неизвестна грешка или част от древната Вселена се различава драстично от настоящата. Да се обясни тази разлика може би ще позволи хипотезата за разпадащата се тъмна материя, според която в началото тъмната материя е била повече, а след това част от нея се разпада (model Decaying Dark Matter).

Дмитрий Горбунов, водещият автор на изследването, професор в МФТИ и сътрудник към РАН обяснява, че тъмната материя се състои от няколко компонента, както и обичайната (протони, електрони, неутрони, неутрино, фотони), а един компонент се състои от нестабилни частици, чийто живот е доста дълъг. Количеството на тъмната материя стотици хиляди години след Големия взрив е твърде различно от това, което е днес. След милиарди години те вече са изчезнали, защото се разпадат на неутрино или хипотетични релативистични частици.

Авторите на това изследване Игор Ткачов, Дмитрий Горбунов и Антон Чудайкин от ИЯИ на РАН, МФТИ и НГУ са анализирали данните от телескопа "Планк", като ги съпоставили с космологичния модел DDM и общоприетия ΛCDM (Lambda-Cold Dark Matter) със стабилна тъмна материя. Сравнението показало, че DDM съответства повече на данните от наблюдението. Учените обаче забелязват гравитационния оптически ефект, при който кривината на гравитационното поле на реликтовото микровълново излъчване силно ограничава дела на разпадащата се тъмна материя в този модел.

Данните от наблюдението на различни космологични ефекти дават оценка на относителната концентрация на компонентите на разлагащата се тъмна материя в диапазона от 2% до 5%. "Това означава, че днешната Вселена има 5% по-малко тъмна материя, отколкото е била в ерата на рекомбинация. Сега не можем да кажем колко бързо се е разпаднала тази нестабилна част, възможно е тъмната материя да продължава да се разпада и сега, въпреки че това вече е друг много по-сложен модел.", - обобщава Ткачов. 

Автор: Нели Петрова