Мы называем темную материю темной не потому, что она похожа на какую-то «теневую» субстанцию, а потому что она не взаимодействует со светом. Эта тонкая, но важная разница отличает ее от обычной материи, которая может поглощать свет. Например, молекулярные облака затеняют звезды, потому что они способны взаимодействовать со светом через поглощение и рассеивание. Обычная материя содержит заряженные частицы, такие как электроны и протоны, которые могут испускать, поглощать или отражать свет. Темная материя таких частиц не имеет, и потому она никак не связывается со светом — они просто проходят друг мимо друга.
Все наши данные указывают на то, что единственное, что связывает темную материю и свет, — это гравитация. Когда темная материя скапливается вокруг галактик, она создает гравитационное поле, которое способно отклонять свет. Это явление, называемое гравитационным линзированием, позволяет нам картировать расположение темной материи, наблюдая за изменениями в движении света.
Мы также знаем, что темная и обычная материя взаимодействуют через гравитацию. Это притяжение темной материи способствует формированию крупных скоплений галактик. Но вот главный вопрос: связаны ли они только через гравитацию? Если частица темной материи столкнется с атомом обычной материи, пройдут ли они сквозь друг друга, как это предполагается?
Пока мы не наблюдали темную материю напрямую, но большинство теорий говорят о том, что гравитация — это единственная их общая сила. Обычная и темная материя могут скапливаться рядом, но они не взаимодействуют так, как это делают облака газа во Вселенной.
Однако недавно появилось исследование, которое может говорить о другом. В нем ученые изучили шесть ультраслабых карликовых галактик (UFD) — небольших спутников Млечного Пути, которые содержат намного меньше звезд, чем можно было бы ожидать, исходя из их массы. Эти галактики в основном состоят из темной материи. Если темная и обычная материя взаимодействуют только гравитационно, то звезды в этих галактиках должны распределяться по определенному шаблону. Но если они взаимодействуют напрямую, это распределение будет иным.
Для проверки этого учёные провели компьютерные симуляции двух сценариев. В одном звезды собирались в центре галактики, а на периферии становились более разреженными, если темная и обычная материя не взаимодействовали. В другом — звезды распределялись более равномерно, если имело место взаимодействие. Сравнив результаты моделирования с реальными данными шести карликовых галактик, они обнаружили, что модель с взаимодействием темной материи немного лучше подходит к наблюдениям.
Это открытие означает, что темная и обычная материя могут взаимодействовать не только через гравитацию. Данных пока недостаточно, чтобы точно описать характер этого взаимодействия, но сам факт его существования — уже неожиданность. Это ставит под сомнение наши традиционные модели темной материи и может указать путь к новым методам её обнаружения. В конечном итоге это поможет нам разгадать тайну этой загадочной субстанции.