În Univers există mult mai multă materie întunecată decât materia normală pe care o cunoaștem. Cum este distribuită această materie întunecată? Noi studii cu ajutorul așa-numitei metode de Machine Learning arată cum galaxiile sunt legate între ele de filamente de materie întunecată care vor determina soartă Universului.
Din ce este compus Universul? Materie și energie. Materia la rândul ei se pare că este alcătuită din două tipuri de materie: una, cea pe care o vedem și o putem studia, este compusă din particule care dau naștere atomilor, moleculelor, stelelor, planetelor, gazului și prafului interstelar; cealaltă formă de materie, numită materie întunecată, nu știm din ce este compusă.
Această materie întunecată ar exercită însă atracție gravitațională asupra materiei normale – așa a fost și descoperită. Stelele, galaxiile, se mișcă în Univers și dau naștere structurilor, în urma atracției gravitaționale exercitate atât de materia vizibilă cât și, mai ales, de materia întunecată, întrucât aceasta din urmă ar fi de 5 ori mai multă în Univers decât cea normală. Pe lângă materia întunecată ar mai exista și energia întunecată care face astfel încât expansiunea Universului să accelereze.
Efectele materiei întunecate
Cum spuneam nu știm încă din ce este alcătuită materia întunecată; se crede că ar fi compusă din particule care nu fac parte din familia celor cunoscute adică cele din Modelul Standard al fizicii particulelor elementare. O parte (mică, dar nu asta este important) a comunității științifice încearcă încă să explice structura Universului fără să fie nevoie de materia întunecată, însă aceste explicații până în prezent nu sunt convingătoare.
Se pare deci că există materie intunecată care are un rol extrem de important în evoluția Universului. Modul în care s-au format galaxiile și evoluția acestora depinde extrem de mult de distribuția materiei întunecate, întrucât forța gravitațională exercitată de aceasta dă forma Universului. Studiul materiei vizibile, a galaxiilor și a modului în care sunt distribuite acestea în Univers ne da informații în mod indirect despre materia întunecată și se speră să ne ajute să înțelegem mai bine caracteristicile acesteia.
Filamente de materie întunecată
În acest context simulările pe calculator ale evoluției galaxiilor și a modului în care sunt distribuite acestea în Univers sunt extrem de utile. În simulări se poate modifica distribuția materiei întunecate și rezultatele pot fi în final comparate cu ceea ce observăm – distribuția galaxiilor în Univers. Un astfel de studiu în care au fost folosite noi metode de machine learning a fost recent folosit pentru simularea unui grup de 17.000 de galaxii din vecinătatea galaxiei noastre – adică dintr-o regiune care se extinde pe o rază de circa 200 megaparsec. Această regiune include așa-numitul cluster Virgo. Simulările pe calculator comparate cu distribuția reală a galaxiilor arată cum că ar trebui să existe filamente fine de materie întunecată între galaxii, care nu au fost descoperite până în prezent. Rezultatele studiului au fost publicate recent într-un articol în revistă The Astrophysical Journal.
Prezența acestor filamente ar putea determină modul în care vor evolua galaxia noastră și Andromeda – care ar trebui să se ciocnească în câteva miliarde de ani, din câte știm la ora actuală.
Noi studii în viitor
Pentru a înțelege și mai bine distribuția materiei întunecate și existența acestor filamente între galaxii este nevoie de noi observații astronomice – care să măsoare inclusiv galaxiile foarte mici. Un astfel de studiu va fi efectuat de exemplu cu James Webb Telescope, care va avea capacitatea de a observa atât galaxii foarte mici cât și galaxii foarte îndepărtate.
Pânză de păianjen a materiei întunecate va fi cunoscută din ce în ce mai bine.
Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare și al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisică Nucleare (Roma, Italia) și colaborator al Scientia.ro