En webb som passerar genom oändliga intergalaktiska utrymmen, en tät kosmisk skog upplyst av mycket avlägsna ljus och en enorm gåta att lösa. Dessa är de pittoreska ingredienserna i en vetenskaplig forskning - utförd av ett internationellt team bestående av forskare från International School for Adavnced Studies (SISSA) och Abdus Salam International Center for Theoretical Physics (ICTP) i Trieste, astronomiska institutet i Cambridge och University of Washington - som lägger till ett viktigt element för att förstå en av de grundläggande komponenterna i vårt universum:den mörka materien.
För att studera dess egenskaper, forskare analyserade interaktionen mellan den "kosmiska banan" - ett nätverk av trådar som består av gas och mörk materia som finns i hela universum - med ljuset som kommer från mycket avlägsna kvasarer och galaxer. Fotoner som interagerar med vätet i de kosmiska filamenten skapar många absorptionslinjer definierade "Lyman-alpha forest". Denna mikroskopiska interaktion lyckas avslöja flera viktiga egenskaper hos den mörka materien på kosmologiska avstånd. Resultaten stöder vidare teorin om Cold Dark Matter, som består av partiklar som rör sig mycket långsamt. Dessutom, för första gången, de lyfter fram oförenligheten med en annan modell, dvs Fuzzy Dark Matter, för vilka partiklar av mörk materia har större hastigheter.
Forskningen utfördes genom simuleringar som utförts på internationella parallella superdatorer och har nyligen publicerats i Fysiska granskningsbrev .
Även om det utgör en viktig del av vårt kosmos, den mörka materien är inte direkt observerbar, den avger inte elektromagnetisk strålning och den syns endast genom gravitationseffekter. Förutom, dess natur förblir ett djupt mysterium. Teorierna som försöker utforska denna aspekt är olika. I denna forskning, forskare undersökte två av dem:den så kallade Cold Dark Matter, betraktas som ett paradigm för modern kosmologi, och en alternativ modell som heter Fuzzy Dark Matter (FDM), där den mörka materien anses bestå av ultralätta bosoner försedda med ett icke försumbart tryck vid små skalor. För att utföra sina undersökningar, forskare undersökte den kosmiska banan genom att analysera den så kallade Lyman-alfaskogen. Lyman-alpha-skogen består av en serie absorptionslinjer som produceras av ljuset som kommer från mycket avlägsna och extremt ljuskällor, som passerar genom det intergalaktiska rummet längs vägen mot jordens teleskop. Fotons atomiska interaktion med vätet som finns i de kosmiska filamenten används för att studera kosmos och den mörka materiens egenskaper på enorma avstånd.
Genom simuleringar som utförs med superdatorer, forskare reproducerade ljusets interaktion med den kosmiska banan. Således kunde de utläsa några av egenskaperna hos partiklarna som utgör den mörka materien. Mer i synnerhet, bevis visade för första gången att partiklarnas massa, som påstås komponera den mörka materien enligt FDM -modellen, överensstämmer inte med Lyman-alpha Forest observerad av Keck-teleskopet (Hawaii, USA) och Very Large Telescope (European Southern Observatory, Chile). I grund och botten, studien verkar inte bekräfta teorin om Fuzzy Dark Matter. Uppgifterna, istället, stödja det scenario som modellen för Cold Dark Matter föreställer sig.
De erhållna resultaten - säger forskare - är viktiga eftersom de tillåter att bygga nya teoretiska modeller för att beskriva den mörka materien och nya hypoteser om kosmos egenskaper. Dessutom, dessa resultat kan ge användbara indikationer för genomförandet av experiment i laboratorier och kan vägleda observationsinsatser som syftar till att göra framsteg med detta fascinerande vetenskapliga tema.
