Myrkt efni, hið ósýnilega efni sem myndar mikinn meirihluta massa alheimsins, getur safnast saman í frumeindir, sýna nýjar eftirlíkingar. Þessi „dökku atóm“ geta gerbreytt þróun vetrarbrauta og myndun stjarna og gefið stjörnufræðingum nýtt tækifæri til að skilja þetta dularfulla efni.
Myrkt efni er meira en 80% af massa allra vetrarbrauta og vetrarbrautaþyrpinga í alheiminum. Allar athuganir okkar benda til þess að hulduefni sé einhver ný tegund ögn sem hefur ekki samskipti við venjulegt efni eða jafnvel ljós. Við getum aðeins greint hulduefni í gegnum þyngdarafl þess við allt annað. Hvað sem hulduefni er, þá er það umfram nútímaskilning okkar á eðlisfræði. En það hefur samt massa og þar af leiðandi þyngdarafl.
Við vitum ekki enn hvort hulduefni er einfalt eða flókið. Það getur aðeins samanstandið af einni tegund af ögnum sem drottnar yfir alheiminum og hefur varla samskipti við sjálfa sig. Eða það getur samanstendur af nokkrum tegundum agna, með sömu ríku fjölbreytni og við sjáum í venjulegu efni. Ennfremur þekkjum við aðeins fjögur grundvallaröfl náttúrunnar: þyngdarafl, rafsegulmagn, sterka kjarnavíxlverkun og veika kjarnavíxlverkun. En það geta verið fleiri kraftar sem verka aðeins á meðal hulduefnisagna og hafa alls ekki áhrif á eðlilegt efni.
Hugmyndin um viðbótareindir úr hulduefni og hulduöfl er ekki eins langsótt og það kann að virðast. Skilningur okkar á eðlisfræði byggir á samhverfum, sem eru djúp stærðfræðileg tengsl milli agna. Hugsanlegt er að það séu fleiri samhverfur í náttúrulögmálum sem gera hulduefni að hliðstæðu venjulegs efnis og að fyrir hvers kyns samspil sem venjulegt efni getur tekið þátt í sé hliðstæða í myrka geiranum.
Til dæmis getum við byggt einföld frumeindir úr venjulegu efni: róteind og rafeind, tengd hvort öðru, með ljóseind, burðarbera rafsegulkraftsins, sem miðlar víxlverkuninni. Við getum líka haft útgáfu af sömu hulduefnisbyggingu, með dökkri róteind sem er bundin dökkum rafeindum með dökkum ljóseindum: dökkum atómum.
Atómmyrkur myndu haga sér mun öðruvísi en hulduefni sem samanstendur af aðeins einni ögn. Mikilvægast væri að það væri mjög erfitt fyrir einfalt hulduefni að klessast saman og það myndi gera það hægt, á hundruðum milljóna ára. Venjulegt efni safnast saman í þessum sléttu klumpum af hulduefni og mynda vetrarbrautir, en að öðru leyti lifa þau aðskildu lífi. Atómmyrkt efni getur hins vegar myndað sínar eigin skuggavetrarbrautir - skífulík mannvirki sem líkja eftir stærð og staðsetningu sýnilegra vetrarbrauta.
Hópur stjarneðlisfræðinga notaði þennan forvitnilega möguleika til að móta þróun vetrarbrauta og sjá hvaða munur gæti komið upp. Þeir leyfðu atómmyrkri að þróast í samræmi við eigin krafta og könnuðu síðan hvernig þessi nýju mannvirki myndu hafa áhrif á sýnilegar vetrarbrautir með nýju skipulagi þyngdaraflsins. Þeir birtu niðurstöður sínar í forprentunargagnagrunni á netinu í apríl arXiv.
Rannsakendur komust að því að jafnvel lítið magn af atómuðu hulduefni – aðeins 6% af öllu hulduefni í alheiminum, að afganginum ekki meðtalið – nægir til að gjörbreyta þróun vetrarbrauta. Vegna þess að frumeindabundið hulduefni getur haft víxlverkun getur það auðveldlega þéttist og tapað orku með losun einhvers konar dökkrar geislunar. Eftirlíkingar sýndu að „dökk skífa“ birtist fljótt inni í hverri vetrarbraut, snúningur hennar passar mjög vel við snúning sýnilegu, eðlilegu íhlutanna.
Þaðan hélt atómbundið hulduefni áfram að þéttast, rétt eins og venjulegt gas þéttist í ský og að lokum stjörnur. Í uppgerðinni myndaði frumeindabundið hulduefni sínar eigin dökkstjörnur og gæti jafnvel valdið því að eigin svarthol mynduðust. Þessar kekkir sukku síðan í vetrarbrautarkjarnann, þar sem þéttleikinn jókst.
Vegna þessa auknu þyngdarafls er stjörnumyndun í kjarna vetrarbrauta hraðari og mynda stjörnur mun hraðar en vetrarbrautir með einföldu hulduefni. Þessar eftirlíkingar útilokuðu í raun sum líkön af atómmyrkri efni vegna þess að þessi líkön urðu til þess að vetrarbrautir þeirra kláruðust of fljótt af nýju stjörnumyndandi efni.
En sum líkön hafa lifað af núverandi mörk athugana, sem gerir ráð fyrir frekari möguleika á tilvist atómsmyrks efnis. Rannsakendur vona að frekari fræðilegar og tilraunarannsóknir muni varpa ljósi á trúverðugleika þessarar forvitnilegu myndar framandi efnis. Til dæmis, vegna þess að hulduefni þéttist svo skilvirkt, gætum við greint þétta stjörnulíka kekki með framtíðarrannsóknum á þyngdarafls örlinsu með því að nota Nancy Grace geimsjónauka NASA í Róm.
Lestu líka: