Може да не знаем все още какво е тъмна материя, но учените вече имат по-добра представа какво да търсят. Въз основа на квантовата гравитация физиците са разработили нови, много по-строги горни и долни граници на масата на частиците тъмна материя. Те откриват, че обхватът на масата е много по-ограничен, отколкото се смяташе досега.
Това означава, че кандидатите за тъмна материя, които са или изключително леки, или пък тежки, едва ли ще бъдат отговорът, базиран на сегашното ни разбиране за Вселената.
„Това е първият път, когато някой се е сетил да използва това, което знаем за квантовата гравитация, като начин за изчисляване на обхвата на масата на тъмната материя. Бяхме изненадани, когато разбрахме, че никой не го е правил“, казва физикът и астроном Ксавие Калмет от университета в Съсекс, Великобритания.
„Това, което направихме, показва, че тъмната материя не може да бъде нито „свръхлека „, нито „свръхтежка „, както се теоретизира, освен ако върху нея не действа все още неизвестна допълнителна сила. Това изследване помага на физиците по два начина: то фокусира зоната за търсене на тъмна материя и потенциално помага да се разкрие дали във Вселената има мистериозна неизвестна допълнителна сила. „
Тъмната материя е безспорно една от най-големите загадки на Вселената, каквато я познаваме. Името, което даваме на мистериозна маса, отговорна за гравитационните ефекти, не може да бъде обяснено с нещата, които можем да открием по друг начин за нормалната материя, като звезди, прах и галактики.
Например, галактиките биха се въртели много по-бързо, отколкото го правят сега, ако те просто са били гравитационно повлияни само от нормалната материя в тях; или гравитационната леща – огъването на пространство-времето около масивни обекти – е далеч по-силно, отколкото би трябвало да бъде при наличието само на нормална материя. Каквото и да създава тази допълнителна гравитация, е извън възможностите ни за директно откриване.
Ние познаваме тъмната материя само по гравитационния ефект, който има върху други обекти. Въз основа на този ефект знаем, че има много от нея. Приблизително 80 процента от цялата материя във Вселената е тъмна материя. Освен тъмна тя е също така и загадъчна.
Ние обаче знаем, че тъмната материя взаимодейства с гравитацията, така че Калмет и неговият колега, физик и астроном Фолкерт Кайперс от Университета в Съсекс, се обръщат към качествата на квантовата гравитация, за да се опитат да изчислят обхвата на масата на хипотетична частица от тъмна материя (каквото и да е това).
Квантовата гравитация, обясняват те, поставя редица граници дали частиците на тъмната материя с различни маси могат да съществуват. Въпреки че не разполагаме с прилична работеща теория, която да обединява космическото описание на гравитацията на общата теория на относителността с дискретната квантова физика, знаем, че всяко смесване на двете би отразявало определени основи и на двете. Като такива, частиците на тъмната материя ще трябва да се подчиняват на квантовите гравитационни правила за това, как частиците се разграждат или взаимодействат.
Чрез внимателно отчитане на всички тези граници те успяват да изключат диапазоните на масата, които е малко вероятно да съществуват при нашето сегашно разбиране за физиката.
Въз основа на предположението, че само гравитацията може да взаимодейства с тъмната материя, те определят, че масата на частицата трябва да падне между 10-3 електронволта и 107 електронволта, в зависимост от завъртанията на частиците и естеството на взаимодействията на тъмната материя.
Това е безумно по-малко от 10-24 електронволта до 1019 гигаелектронволта, които традиционно се приписват, казват изследователите. И това е важно, защото до голяма степен изключва някои кандидати за тъмна материя, като WIMP (слабо взаимодействащи масивни частици).
Ако такива кандидати впоследствие се окажат виновникът за мистерията на тъмната материя, според Калмет и Кайперс, това би означавало, че те са повлияни от някаква сила, за която все още не знаем.
Това би било наистина страхотно, защото би отворило вратата към нова физика – нов инструмент за анализ и разбиране на Вселената. Преди всичко ограниченията, които екипът определя, предоставят нова рамка, която да се вземе предвид при търсенето на тъмна материя, като помага да се стесни търсенето.
„Нашите открития са много добра новина за експериментаторите, тъй като ще им помогнат да се доближат до истинската природа на тъмната материя.“ казва Кайперс.
Изследването е публикувано във Physics Letters B.