Стандартная космологическая модель не объясняет два противоречивых феномена, связанных с тёмной материей. С одной стороны, в центрах некоторых карликовых галактик её концентрация аномально низка. С другой – данные гравитационного линзирования указывают на существование сверхплотных сгустков тёмной материи в других частях Вселенной.
Физики из обсерватории Цзыцзиньшань при Китайской академии наук предположили, что оба явления можно объяснить единой теорией. Согласно их модели, тёмная материя состоит не из одного, а как минимум из двух типов частиц разной массы – тяжёлых и лёгких.
Частицы тёмной материи, по мнению учёных, не только взаимодействуют гравитационно, но и напрямую сталкиваются друг с другом. Это приводит к процессу «массовой сегрегации»: со временем более тяжёлые частицы смещаются к центру галактик, а лёгкие вытесняются на периферию. Исследователи сравнивают этот механизм с поведением звёзд в скоплениях, где самые массивные светила постепенно мигрируют в центр.
Команда проверила свою гипотезу с помощью компьютерного моделирования. Расчёты показали, что в карликовых галактиках массовая сегрегация действительно формирует ядро с низкой плотностью, что совпадает с наблюдениями. В то же время в более крупных космических структурах скопления тяжёлых частиц в центре создают сверхплотные области, которые могут вызывать сильное гравитационное линзирование.
Новая модель также объясняет, почему астрономы фиксируют больше случаев мелкомасштабного линзирования, чем предсказывает стандартная теория. Локальные скопления тяжёлых частиц эффективнее искривляют свет от далёких фоновых галактик.
Таким образом, два кажущихся парадокса могут иметь общее объяснение и указывать на более сложную природу тёмной материи, чем считалось ранее. Проверить гипотезу позволят данные будущих обзоров неба и более точные наблюдения за гравитационными линзами.
Исследование опубликовано в журнале Science Bulletin. Это вторая работа научной группы из обсерватории Цзыцзиньшань, посвящённая двухкомпонентной самовзаимодействующей тёмной материи.
