În Univers există galaxii care au mult mai puţină materie întunecată, se pare, decât altele. Această „dispariţie” a materiei întunecate din aceste galaxii i-a ajutat pe cercetători să afle mai multe despre posibila natură a particulelor care ar compune materia întunecată.

Din câte ştim Universul este compus în mare parte din materie şi energie întunecate. Materia întunecată este de circa 5-6 ori mai multă decât materia „normală” în Univers. Se numeşte întunecată întrucât nu emite şi absoarbe lumină, adică fotoni. Pe de altă parte însă această materie întunecată se pare că nu interacţionează cu materia normală nici prin alte interacţiuni cunoscute – precum forţa nucleară. Totuşi, rămâne o forţă care aparţine atât materiei normale cât şi celei întunecate: cea gravitaţională. Este forţa care a permis cercetătorilor să descopere materia întunecată – atrage materia normală şi determină modul în care aceasta se mişcă în Univers şi în galaxii.

Galaxiile de multe ori se pare că sunt învăluite într-un nor de materie întunecată, un halou care se extinde mult în afara materiei vizibile care ar fi doar o mică parte din materia prezentă în galaxie.

Se pare însă că există galaxii care au un conţinut de materie întunecată foarte mic. Este cazul galaxiilor pereche situate la circa 65 milioane ani lumină faţă de noi: NGC 1052-DF2 şi DF4. Acestea au circa 300 de ori mai puţină materie întunecată decât galaxiile „normale”. Cercetătorii au emis ipoteza că acest lucru s-ar datora prezenţei în apropierea celor două galaxii a unei galaxii masive, NGC 1052 – care ar fi „smuls” materia întunecată prin efecte de maree.

Dacă într-adevăr aşa stau lucrurile atunci acest lucru ar putea să ne ajute să înţelegem mai bine structura materiei întunecate. Se bănuieşte că aceasta ar fi compusă din particule care nu fac parte din categoria celor pe care le cunoaştem şi le-am clasificat în Modelul Standard al fizicii particulelor elementare. Dispariţia materiei întunecate din cele două galaxii este la baza unui studiu efectuat de o echipă  condusă de Hai-Bo Yu de la University of California, publicat în Physical Review Letters, în care cu ajutorul unor simulări pe calculator se descoperă „secrete” ale materiei întunecate.

Se presupune că materia întunecată ar putea fi alcătuită din două tipuri de particule: aşa-numitele Cold Dark Matter (CDM), compusă din particule care nu interacţionează între ele decât prin gravitaţie. Altă categorie este cea a particulelor SIDM, particule care interacţionează între ele prin forţe încă necunoscute (forţe întunecate). Studiul celor două clase de particule duce la concluzii diferite legat de distribuţia acestora în galaxii, în special în interiorul acestora – spre partea centrală. Particulele SIDM interacţionează puternic între ele – exact în centrul halourilor.

Efecte de maree pot avea loc în ambele tipuri de materie întunecată: atât cea compusă din CDM cât şi cea care are la bază particule SIDM. În cazul particulelor CDM însă, structura materiei întunecate este rezistentă, şi efectele de maree sunt relativ mici, ceea ce înseamnă că galaxiile nu pierd mare cantităţi de materie întunecată dacă aceasta e compusă din CDM.

În cazul materiei întunecate alcătuite din particule SIDM însă, interacţiunea între particule se adăugă efectelor de maree, ceea ce poate avea ca rezultat o pierdere importantă de materie întunecată atunci când galaxii mai mici se află în apropierea galaxiilor mari, precum cazul studiat.

Grupul de cercetători are în plan să studieze şi alte galaxii şi să verifice dacă efectul observat, pierderea de materie întunecată în apropierea galaxiilor mari, este valabil şi pentru acestea sau cazul studiat a fost oarecum o excepţie.

Studii de acest gen ne ajută să înţelegem compoziţia Universului şi evoluţia acestuia, în speranţa că în viitorul apropiat va fi posibil să descoperim din ce anume este compusă materia întunecată în experimente la laboratoarele subterane sau la acceleratoarele de particule unde de mulţi ani a început vânătoarea materiei întunecate.

[Articol scris de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesor la Colegiului Naţional “Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe]