Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) может помочь в решении одной из самых загадочных проблем современной астрофизики — приоткрытии завесы тайны тёмной материи. В последних исследованиях учёные Калифорнийского университета провели моделирования эволюции Вселенной, начиная с «момента её рождения», Большого взрыва. Результаты указывают на то, что JWST мог бы сыграть роль ключа в проникновении в самые глубины этой загадочной космической структуры.

Карликовые галактики, которые можно встретить практически повсюду во Вселенной, могут являться ранними формами галактик. Они представляют собой ключевой объект для изучения процессов, лежащих в основе становления и эволюции всей Вселенной. Однако наблюдаемые характеристики этих галактик не всегда соответствуют предсказаниям. Они менее плотные или вращаются быстрее, чем предсказывают моделирования. Здесь и приходит на помощь таинственная тёмная материя.

Изображение группы галактик Квинтет Стефана, полученное космическим телескопом «Джеймс Уэбб». Источник: NASA / ESA / CSA / STScI

Учёные пришли к выводу, что расхождения могут быть вызваны неправильным учётом взаимодействия тёмной материи с галактическим газом. Проведение новых вычислительных экспериментов, где эти взаимодействия были учтены, выявило, что ранние галактики были намного ярче и меньше, чем предсказывали предыдущие модели. Более того, учёные обнаружили, что процесс формирования галактик протекал гораздо более интенсивно и быстрее, чем считалось ранее.

В свете этих результатов, авторы исследования предлагают активизировать поиски ярких и маленьких карликовых галактик с помощью JWST. При этом, если такие галактики не будут обнаружены, то это может указывать на то, что существующие теории тёмной материи нуждаются в пересмотре.

Тёмная материя представляет практически не взаимодействует с электромагнитным излучением и не обладает светимостью. В отличие от традиционной, барионной материи, состоящей из атомов, тёмная материя состоит из формы материи, не обладающей электромагнитным зарядом или способностью излучать свет. Её присутствие можно выявить через гравитационные эффекты, оказываемые на окружающую барионную материю и даже на свет. В действительности, предположение о существовании тёмной материи возникло из-за несоответствия наблюдаемых параметров движения галактик ожидаемым значениям, определённым исключительно через гравитационный эффект обычной материи.

Учёные также полагают, что большинство галактик окружены огромными облаками тёмной материи, простирающимися значительно за пределы видимой границы галактик. Они предполагают, что именно эти облака сыграли ключевую роль в процессе формирования и эволюции галактик.

Согласно стандартной космологической модели, гравитационное влияние скоплений тёмной материи привлекает и объединяет атомы барионной материи, что в итоге приводит к образованию звёзд и галактик. Однако в стандартной модели космологии, которая используется для объяснения эволюции Вселенной, не учитывается важное явление — потоковая передача тёмной материи. Это означает, что модель не учитывает передачу тёмной материи от одного региона к другому.

В эксперименте было установлено, что потоковая передача тёмной материи играет важную роль в процессе формирования звёзд и галактик в ранней истории Вселенной. Модель показала, что ранее барионная материя в виде газообразного водорода и гелия, сформировавшаяся после Большого взрыва, двигалась мимо скоплений тёмной материи со сверхзвуковыми скоростями. Таким образом, газ не попадал в «ловушки скоплений» и не мог формировать звёзды.

Однако с течением времени газ постепенно «падал» обратно в галактики, вызывая интенсивное звездообразование. Как результат, в этих галактиках образовалось гораздо больше молодых горячих звёзд, чем в обычных маленьких галактиках. Учёные предсказывают, что галактики такого типа могут быть обнаружены с помощью телескопа JWST, который способен зарегистрировать свет этих маленьких, но ярких галактик. 

Исследователи отмечают, что открытие этих маленьких ярких галактик в ранней Вселенной будет подтверждением модели «холодной тёмной материи», основанной на потоковой передаче. Однако, если галактики такого типа не будут обнаружены, то это может указывать на изменение свойств тёмной материи и необходимость пересмотра существующей модели.

Подробнее на iXBT