Mørk materie, det mystiske stoffet som utgjør en fjerdedel av universets masse og energi, kan være laget av ekstremt små og lette partikler, antyder ny forskning. Denne "uklare" formen av mørk materie - som kalles det fordi disse små partiklenes bølgelengder ville blitt smurt ut over et kolossalt enormt område - ville ha forandret løpet av den kosmiske historien og skapt lange og sprø filamenter i stedet for klumpete galakser i det tidlige universet, i følge simuleringer.
Funnene har observasjonsmessige konsekvenser - kommende teleskoper vil kunne kikke tilbake til denne tidlige perioden og potensielt skille mellom forskjellige typer mørk materie, slik at fysikere kan forstå dens egenskaper bedre.
Mørk materie er et ukjent massivt stoff som finnes i hele kosmos. Det gir ikke lys - derav navnet mørk materie - men dens gravitasjonseffekter hjelper til å binde sammen galaktiske klynger og får stjerner i galaksenes kanter til å snurre raskere enn de ellers ville gjort. Mange forskere mener at mest mørk materie er kald, noe som betyr at den beveger seg relativt sakte. Men det er helt forskjellige ideer, for eksempel muligheten for at den er liten og uklar, noe som betyr at den vil bevege seg raskt fordi den er så lett.
"Våre simuleringer viser at de første galaksene og stjernene som danner ser veldig annerledes ut i et univers med uklar mørk materie enn et univers som har kald mørk materie," sier Lachlan Lancaster, en astrofysikkutdannet student ved Princeton University og medforfatter av en ny artikkel. i tidsskriftet Physical Review Letters, fortalte Live Science.
Lancaster forklarte at de vanligste spekulasjonene om mørk materie antyder at den er sammensatt av svakt interaktive massive partikler (WIMPs), som ville ha noen titalls eller hundre ganger ganger massen til et proton. Simuleringer som bruker denne typen mørk materie er ekstremt gode til å gjenskape universets storskala struktur, inkludert store tomrom med tomt rom omgitt av lange, edderkoppede filamenter av gass og støv, en formasjon kjent som den kosmiske banen. Men på mindre skalaer inneholder slike modeller en rekke avvik fra det astronomene observerer med sine teleskoper. I denne standardvisningen skal mørk materie hoper seg opp i sentrum av galakser, men ingen har sett det gjøre det.
Uklar mørk materie, i motsetning til det, ville være uhyggelig lett, kanskje en milliarddel av en milliarddel av en milliarddel masse av et elektron, ifølge en uttalelse fra MIT. Kvantemekanikk sier at partikler også kan betraktes som bølger, med bølgelengder omvendt proporsjonal med deres masse, sa Lancaster. Så bølgelengden til en slik lyspartikkel ville være tusenvis av lysår.
Uklar mørk materie vil derfor ha vanskeligere tid å klumpe seg sammen enn kald, WIMP mørk materie. I simuleringer viste Lancaster og hans medforfattere at et kaldt mørkstoffunivers ville ha galakser som dannet seg relativt raskt ut av sfæriske haloer.
Men uklar mørk materie ville i stedet sammenfalle i lange, sprø materialstrenger - "mer gigantiske filamenter enn klumpete galakser," sa Lancaster - og galakser ville da bli født større og senere. Mørk materie vil også ha en vanskeligere tid å hoper seg opp i sentrum av galakser, og potensielt forklare hvorfor astronomer ikke observerer denne klumpiness når de ser på galakser.
Instrumenter som Large Synoptic Survey Telescope (LSST) i Chile og 30-meter-teleskoper som er bygget rundt om i verden, vil snart kunne se tilbake til noen av universets tidligste dager. De forventes å begynne å ta data i løpet av det neste tiåret, som betyr "vi vil enten begynne å se effekten av uklar mørk materie, eller begynne å utelukke dem," sa Lancaster.
Selv om andre forskere har spekulert i om uklar mørk materie, gjør de nye simuleringene en mer forsiktig jobb med å utarbeide dens kosmologiske effekter, sa Jeremiah Ostriker, en astrofysiker ved Columbia University som ikke var involvert i arbeidet.
"Dette hjelper med å skissere detaljene om hva strukturdannelsen ville være i denne variantteorien," la OStriker til. "Og det er en av de mest interessante variantsteoriene rundt."
Lancaster sa at lagets fremtidige simuleringer kan fokusere på å fange flere detaljer om den uklare mørke materiens effekter, og potensielt gi astronomer en bedre ide om hva de kan forvente å se gjennom teleskopene.
- De 18 største uløste mysteriene i fysikk
- De 12 merkeligste objektene i universet
- Kosmiske plateholdere: De 12 største objektene i universet
