Тёмную материю обычно представляют как невидимое вещество, которое взаимодействует с окружающим миром только посредством гравитации. Однако учёные допускают, что между её частицами может действовать собственная скрытая сила, недоступная обычному веществу.
Новое исследование показало неожиданный результат. Дополнительное притяжение действительно помогает тёмной материи быстрее собираться в скопления, но при этом обычно не ускоряет формирование галактик и других крупных структур. Напротив, их рост может замедляться.
Интерес к такой «тёмной силе» усилился из-за небольших расхождений в наблюдениях за Вселенной. Разные способы измерения её расширения и распределения вещества не всегда дают полностью согласующуюся картину.
Некоторые наблюдения далёкой Вселенной указывают, что в прошлом она могла расширяться немного медленнее, чем предсказывает стандартная космологическая модель. В то же время изучение реликтового излучения предполагает, что вещество в крупнейших масштабах может быть распределено плотнее ожидаемого.
Эти расхождения невелики, но заставляют физиков искать возможный недостающий элемент существующей модели.
Одно из объяснений заключается в том, что частицы тёмной материи могут взаимодействовать не только через гравитацию, но и посредством дополнительной дальнодействующей силы. Обычное вещество её не ощущало бы, поэтому обнаружить такое взаимодействие напрямую было бы чрезвычайно трудно.
Исследователи изучили теоретические модели, в которых между частицами тёмной материи действует дополнительное притяжение. С помощью расчётов и космологических данных они проверили, как эта сила могла бы влиять на расширение Вселенной и образование крупных структур.
На первый взгляд результат кажется очевидным: чем сильнее частицы притягиваются друг к другу, тем быстрее они должны образовывать скопления. Это могло бы объяснить наблюдения, согласно которым некоторые структуры во Вселенной выглядят плотнее, чем предсказывают расчёты.
Но одновременно возникает другой эффект.
Дополнительная сила меняет поведение тёмной материи по мере расширения Вселенной. Её частицы со временем как будто теряют часть своей эффективной массы. Из-за этого их гравитационное влияние ослабевает и частично сводит на нет усиленное притяжение.
В результате тёмная материя действительно собирается в скопления эффективнее, но не создаёт более сильного гравитационного следа в реликтовом излучении. В большинстве рассмотренных моделей итоговый эффект даже подавляет рост крупных космических структур.
Открытый механизм может оказаться важным и для более сложных теорий, пытающихся объяснить недавние измерения Спектроскопического прибора тёмной энергии. Некоторые из них также предполагают существование скрытых взаимодействий между частицами тёмной материи.
Теперь авторам подобных моделей придётся учитывать, что дополнительная сила способна не только усиливать притяжение, но и делать тёмную материю эффективным образом легче по мере развития Вселенной.
Будущие обсерватории и более точные обзоры космоса могут помочь выяснить, обладает ли тёмная материя неизвестными взаимодействиями и какие варианты удастся исключить с помощью наблюдений.
Как отмечают исследователи, Вселенная часто оказывается сложнее человеческой интуиции. Именно поэтому даже самые правдоподобные идеи необходимо постоянно проверять.
