Kiedy spoglądamy w przestrzeń kosmiczną, zarówno tą bliską w naszym Układzie Słonecznym, czy w naszej galaktyce, czy też w tę dalszą widzimy dużo czarne tło, na którym znajdują się obiekty różnych rozmiarów: gwiazdy, planety, planetoidy, komety, galaktyki, pył i gaz. Kiedy bazujemy na swoim wzroku możemy odnieść wrażenie, że wszystko to rozsiane jest w pustce przestrzeni kosmicznej i nic więcej tam nie ma. To jednak tylko nasze wrażenie. Wszystkie wymienione wyżej obiekty znajdujące się w całym wszechświecie zbudowane są z tzw. zwykłej materii, która z kolei zbudowana jest z atomów pierwiastków chemicznych, lub z ich jonów. Jak jednak wskazują naukowcy cała materia zwykła we wszechświecie stanowi zaledwie 4,9 proc. masy-energii we Wszechświecie. Znacznie więcej, bo aż 27 proc. jest tzw. ciemnej materii. Pozostałą część bilansu stanowi natomiast ciemna energia odpowiadająca za rozszerzanie się wszechświata.
Czym jest ciemna materia?
Problem jednak w tym, że wspomnianej wyżej ciemnej materii nigdy jeszcze nie widzieliśmy, choć powinno być jej mnóstwo w naszym bezpośrednim otoczeniu. Można tutaj spytać: skoro istnieje, to dlaczego jej nie widzimy. Najprostsza odpowiedź mówi, że ciemna materia nie emituje i nie odbija żadnego promieniowania elektromagnetycznego. O jej istnieniu wiemy natomiast dzięki temu, że wciąż wywiera ona wpływ grawitacyjny na otoczenie. Doskonale widać to chociażby w badaniach rotacji galaktyk. Gdyby galaktyki spiralne składały się wyłącznie z tego, co jesteśmy w stanie w nich dojrzeć, czyli z obiektów zbudowanych ze zwykłej materii, miałyby za małą masę i przy obserwowanym tempie rotacji uległyby rozerwaniu. Stąd i teoria, że w galaktykach tych znajduje się jeszcze mnóstwo ciemnej materii, która choć niewidoczna, to ma masę i utrzymuje galaktyki w całości.
Czytaj także: Ciemna materia namierzona? Nie tak szybko…
Naukowcy od lat próbują rozwiązać zagadkę ciemnej materii, jednak mimo wielu prób jak dotąd nie wiemy o niej absolutnie nic. Nie wiemy, czy tak jak materia zwyczajna, składa się ona z ciemnych atomów. Co więcej, nie wiemy, czy jest to materia składająca się z jednego rodzaju cząstek, które gromadzą się w różnych miejscach we wszechświecie, czy też łączy się ona ze sobą w różne ciemne atomy, które tworzą całe ciemne obiekty kosmiczne. Nie wiemy także, czy atomy ciemnej materii podlegają czterem fundamentalnym siłom natury, czy też w ciemnym wszechświecie obowiązują jakieś dodatkowe siły, którym nie podlega zwykła materia.
Czy istnieją ciemne gwiazdy w ciemnych galaktykach?
Międzynarodowy zespół astrofizyków postanowił sprawdzić, jak wyglądałaby ewolucja galaktyk w dwóch osobnych przypadkach: gdyby ciemna materia składała się z jednego rodzaju cząstek, i gdyby składała się z całej palety “ciemnych atomów”.
W swoich symulacjach badacze założyli, że atomowa ciemna materia będzie ewoluowała zgodnie z własnym zestawem sił. Następnie sprawdzono jak taka ciemna materia wpływa na ewolucję widocznych galaktyk.
Wyniki symulacji okazały się zaskakujące. Wystarczy bowiem, aby zaledwie 6 proc. ciemnej materii było ciemną materią atomową, a jej wpływ na widoczne galaktyki byłby znaczący. Okazuje się bowiem, że ciemna materia złożona z ciemnych atomów oddziaływałaby ze sobą, a więc też by się ze sobą łączyła, emitując przy tym ciemne promieniowanie. W efekcie w każdej galaktyce bardzo szybko pojawiałby się swoisty ciemny dysk galaktyczny rotujący z prędkością zbliżoną do prędkości dysku zbudowanego z materii zwykłej. Co by się działo w takim dysku? Pod wpływem grawitacji pojawiałyby się lokalne obłoki o wyższej gęstości, z których mogłyby powstawać ciemne gwiazdy, a nawet ciemne czarne dziury. Cała ta ciemna materia stopniowo opadałaby do centrum galaktyki.
Wszystko to oczywiście jak na razie teoria i symulacje. Możliwe jednak, że jeżeli faktycznie tak wygląda ciemna materia, to za kilka lat będziemy w stanie tego dowieść. Jeżeli bowiem istnieją ciemne gwiazdy, to choć samych obiektów tego typu nie zauważymy, to instrumenty takie jak Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman powinny być w stanie dostrzec zjawisko mikrosoczewkowania pojawiające się wokół “gwiezdnych” zagęszczeń ciemnej materii. Pozostaje trzymać kciuki.
