Mørk stof, det mystiske stof, der udgør en fjerdedel af universets masse og energi, kan være fremstillet af ekstremt små og lette partikler, antyder ny forskning. Denne "uklar" form af mørkt stof kaldet det, fordi disse små partikler 'bølgelængder ville blive smurt ud over et kolossalt enormt område - ville have ændret forløbet af den kosmiske historie og skabt lange og piskede filamenter i stedet for klumpede galakser i det tidlige univers, i henhold til simuleringer.
Resultaterne har observationsmæssige konsekvenser - kommende teleskoper vil være i stand til at kigge tilbage til denne tidlige tidsperiode og potentielt skelne mellem forskellige typer mørkt stof, så fysikere kan forstå dens egenskaber bedre.
Mørkt stof er et ukendt massivt stof, der findes i hele kosmos. Det afgiver intet lys - deraf navnet mørkt stof - men dets gravitationseffekter hjælper med at binde galaktiske klynger sammen og får stjerner i galaksernes kanter til at snurre hurtigere, end de ellers ville gøre. Mange forskere mener, at mest mørkt stof er koldt, hvilket betyder, at det bevæger sig relativt langsomt. Men der er helt forskellige ideer, såsom muligheden for, at den er lille og uklar, hvilket betyder, at den vil bevæge sig hurtigt, fordi den er så lys.
"Vores simuleringer viser, at de første galakser og stjerner, der dannes, ser meget anderledes ud i et univers med uklar mørk materie end et univers, der har koldt mørkt stof," Lachlan Lancaster, en kandidat til astrofysik ved Princeton University og medforfatter til en ny artikel i tidsskriftet Physical Review Letters, fortalte Live Science.
Lancaster forklarede, at de mest almindelige spekulationer om mørkt stof antyder, at det er sammensat af svagt interaktive massive partikler (WIMP'er), som ville have et par titusinder eller hundreder gange massen af en proton. Simuleringer, der bruger denne type mørkt stof, er ekstremt gode til at genskabe universets storskala struktur, herunder store hulrum i tomt rum omgivet af lange, edderkoppede filamenter af gas og støv, en formation kaldet den kosmiske bane. Men på mindre skalaer indeholder sådanne modeller et antal afvigelser fra hvad astronomer observerer med deres teleskoper. I denne standardvisning bør mørkt stof hældes op i galaksernes centre, men ingen har set det gøre det.
Fuzzy, mørk materie, i modsætning hertil, ville være betagende lys, måske en milliarddel af en milliarddel af en milliardedel masse af en elektron, ifølge en erklæring fra MIT. Kvantemekanik siger, at partikler også kan betragtes som bølger med bølgelængder, der er omvendt proportional med deres masse, sagde Lancaster. Så bølgelængden for en sådan lyspartikel ville være tusinder af lysår lange.
Uklart mørkt stof ville derfor have en hårdere tid på at klumpe sig sammen end kold, WIMP-mørk stof. I simuleringer viste Lancaster og hans medforfattere, at et koldt mørkstofunivers ville have galakser, der relativt hurtigt dannede sig ud af sfæriske haloer.
Men uklar mørk materie ville i stedet samles sammen i lange, piskede strenge af materiale - "mere gigantiske filamenter end klumpede galakser," sagde Lancaster - og galakser ville derefter blive født større og senere. Mørkt stof ville også have en sværere tid med at hældes op i centrum af galakser og potentielt forklare, hvorfor astronomer ikke observerer denne klumphed, når de ser på galakser.
Instrumenter som Large Synoptic Survey Telescope (LSST) i Chile og 30-meter-teleskoper, der er bygget rundt omkring i verden, vil snart være i stand til at kigge tilbage til nogle af universets tidligste dage. De forventes at begynde at tage data i det næste årti, hvilket betyder "vi vil enten begynde at se virkningerne af uklar mørk stof eller begynde at udelukke dem," sagde Lancaster.
Selvom andre forskere har spekuleret om uklar mørk materie, gør de nye simuleringer et mere omhyggeligt stykke arbejde med at udarbejde dens kosmologiske virkninger, sagde Jeremiah Ostriker, en astrofysiker ved Columbia University, der ikke var involveret i arbejdet.
"Dette hjælper med at skitsere detaljerne om, hvad dannelsen af struktur ville være i denne variantteori," tilføjede OStriker. "Og det er en af de mest interessante variantsteorier omkring."
Lancaster sagde, at hans holds fremtidige simuleringer måske fokuserer på at fange flere detaljer om den uklare mørke sags effekter og potentielt give astronomer en bedre idé om, hvad de måtte forvente at se gennem deres teleskoper.
- De 18 største uopløste mysterier i fysik
- De 12 mærkeligste objekter i universet
- Kosmiske rekordholdere: De 12 største objekter i universet
