Okazuje się, że ciemna materia na wielkich skalach kosmicznych zachowuje się zaskakująco podobnie do zwykłej materii, podlegając tym samym prawom fizyki klasycznej. To odkrycie znacząco zawęża pole do spekulacji na temat jej natury, choć wciąż pozostawia wiele pytań bez odpowiedzi. Co ciekawe, badacze nie wykluczają całkowicie istnienia nieznanej dotąd piątej siły, ale mocno ograniczyli zakres jej potencjalnego oddziaływania.
Ciemna materia odsłoni tajemnice?
Ciemna materia stanowi około 85 proc. całej materii we Wszechświecie, będąc tym samym pięciokrotnie bardziej obfitą niż zwykła materia tworząca gwiazdy, planety i wszystko, co możemy bezpośrednio obserwować. Jej niewidzialny charakter – nie emituje ani nie odbija światła – sprawia, że astronomowie wykrywają jej obecność jedynie po grawitacyjnym wpływie na galaktyki i ich gromady.
Czytaj też: Ciemna materia powstała… PRZED wielkim wybuchem. Jak to możliwe?
Podczas gdy materia zwykła podlega czterem znanym siłom fundamentalnym, zespół z Uniwersytetu Genewskiego postanowił sprawdzić, czy ciemna materia rządzi się tymi samymi zasadami. Kluczowe pytanie brzmiało: czy podlega wyłącznie grawitacji, czy może istnieje jakaś dodatkowa, nieznana siła wpływająca na jej zachowanie?
Metodologia badania opierała się na pomiarach prędkości galaktyk i analizie głębokich studni grawitacyjnych – zniekształceń przestrzeni wywołanych przez masywne obiekty kosmiczne. Logika była prosta: gdyby ciemna materia podlegała wyłącznie grawitacji, galaktyki zdominowane przez nią powinny wpadać do tych studni dokładnie w ten sam sposób co te zbudowane ze zwykłej materii. Każde odstępstwo od tego wzorca mogłoby sugerować działanie dodatkowej siły.
Naukowcy przeanalizowali dane dotyczące tysięcy galaktyk rozsianych po całym Wszechświecie, mierząc zarówno ich prędkości, jak i głębokość lokalnych studni grawitacyjnych. Porównanie tych parametrów pozwoliło na precyzyjne przetestowanie zachowania ciemnej materii w skalach kosmicznych.
Wyniki opublikowane w Nature Communications potwierdziły, że ciemna materia zachowuje się identycznie jak materia zwykła, podlegając klasycznym równaniom Eulera opisującym ruch płynów i gazów pod wpływem grawitacji. To sugeruje fundamentalną jedność praw fizyki rządzących całym Wszechświatem, co stanowi istotny krok w kierunku pełniejszego zrozumienia jego struktury.
Choć badanie nie wyklucza całkowicie istnienia piątej siły, ustaliło jej górną granicę – gdyby taka dodatkowa interakcja istniała, jej moc nie może przekraczać 7 proc. siły grawitacji. To znacząco zawęża pole poszukiwań dla teoretyków próbujących rozwikłać zagadkę ciemnej materii.
Nadchodzące eksperymenty obiecują jeszcze dokładniejsze pomiary. Projekt LSST oraz instrument DESI będą w stanie wykryć siły tak słabe jak 2 proc. grawitacji, co oznacza ponad trzykrotny wzrost precyzji w porównaniu z obecnymi możliwościami. Jeśli piąta siła rzeczywiście istnieje w tym zakresie, najbliższe lata mogą przynieść jej ostateczne potwierdzenie.