Një supergrumbull gjigant galaktik, i njohur si El Gordo, mund të ofrojë të dhëna të reja për natyrën e materies së errët dhe mënyrën se si ajo ndërvepron me vetveten. Një studim i ri sugjeron se një model më kompleks i kësaj materieje misterioze mund të shpjegojë formimin e strukturave kozmike jashtëzakonisht masive në një fazë të hershme të historisë së Universit.
I ndodhur rreth shtatë miliardë vite-dritë larg Tokës, El Gordo është një sistem gjigant galaktik, masa e përgjithshme e të cilit vlerësohet në më shumë se dy kuadrilionë masa diellore. Ai përbëhet nga dy rajone masive që po përplasen me njëri-tjetrin. Madhësia e tij e jashtëzakonshme, duke pasur parasysh epokën kozmike në të cilën u formua, ka ngritur prej kohësh pikëpyetje te astronomët.
Sfida kryesore është të shpjegohet se si një strukturë kaq masive mund të formohej kaq shpejt. Sipas modelit standard të kozmologjisë, materia e errët e ftohtë luan një rol thelbësor në formimin e galaktikave dhe strukturave më të mëdha të Universit. Megjithatë, El Gordo paraqet një rast që është i vështirë për t’u shpjeguar plotësisht brenda këtij kuadri teorik.
Për këtë arsye, disa studiues e kanë konsideruar këtë supergrumbull si një sfidë për modelin standard të kozmologjisë. Një studim i ri shqyrton mundësinë që materia e errët të ndërveprojë me vetveten, duke ndihmuar në shpjegimin e formimit të strukturave të tilla gjigante.
A mund të ndërveprojë materia e errët me vetveten?
Materia e errët përbën pjesën më të madhe të masës së materies në kozmos, por mbetet e vështirë për t’u studiuar, sepse nuk ndërvepron në mënyrë të konsiderueshme me dritën. Prania e saj nxirret kryesisht nga efektet gravitacionale që ushtron mbi galaktikat dhe strukturat e tjera kozmike.
Një nga pyetjet kryesore në astrofizikë është nëse grimcat e materies së errët mund të ndërveprojnë drejtpërdrejt me njëra-tjetrën. Modeli më i përhapur supozon se këto ndërveprime janë shumë të dobëta ose praktikisht të papërfillshme. Kjo ide lidhet me konceptin e materies së errët të ftohtë, grimcat e së cilës kanë energji kinetike relativisht të ulët.
Nëse grimcat e materies së errët përplasen dhe shkëmbejnë energji në mënyrë të konsiderueshme, ato mund të ngrohen, duke ndryshuar mënyrën se si shpërndahen dhe grumbullohen në hapësirë. Kjo krijon një problem teorik: ndërveprimet që do të ndihmonin në formimin e strukturave masive duhet të jenë në përputhje edhe me vëzhgimet që tregojnë se materia e errët sillet përgjithësisht si një përbërës i ftohtë i Universit.
Modelet e njohura si materia e errët vetëndërvepruese, ose SIDM, përpiqen të shpjegojnë se si këto grimca mund të ndërveprojnë mes tyre. Megjithatë, rezultatet varen nga mënyra se si ndodhin përplasjet dhe nga sasia e energjisë që shkëmbehet gjatë tyre.
Një model me dy gjendje mund të shpjegojë formimin e El Gordos
Studimi i ri propozon një model ku grimcat e materies së errët mund të ekzistojnë në dy gjendje energjetike: një gjendje bazë dhe një gjendje të ngacmuar.
Në përplasjet elastike, grimcat shkëmbejnë energji kinetike, por energjia e përgjithshme kinetike e sistemit ruhet. Në përplasjet joelastike, një pjesë e energjisë kinetike mund të shndërrohet në forma të tjera energjie, si energjia e brendshme e grimcave.
Sipas modelit të propozuar, shumica e ndërveprimeve mes grimcave të materies së errët do të ishin elastike. Megjithatë, kur përplasjet ndodhin me energjinë e duhur, një grimcë mund të kalojë nga gjendja bazë në gjendjen e ngacmuar. Ky proces mund të largojë një pjesë të energjisë kinetike nga lëvizja e grimcave dhe të ndikojë në mënyrën se si materia e errët grumbullohet nën veprimin e gravitetit.
Në këtë mënyrë, modeli synon të zgjidhë një nga problemet kryesore të teorive të materies së errët vetëndërvepruese: si të lejohet formimi më i shpejtë i strukturave të mëdha pa e ngrohur tepër materien e errët.
Simulimet kompjuterike mbështesin hipotezën, por nuk japin një përgjigje përfundimtare
Për të vlerësuar këtë mundësi, studiuesi përdori simulime numerike të tipit N-body, të cilat modelojnë lëvizjen dhe ndërveprimet gravitacionale të një numri të madh grimcash, për të studiuar përplasjen e dy rajoneve që përbëjnë El Gordo.
Sipas rezultateve të paraqitura në studim, modeli me dy gjendje të materies së errët, që përfshin si përplasjet elastike, ashtu edhe ato joelastike, përputhet më mirë me vëzhgimet e disponueshme sesa modelet ku materia e errët nuk ndërvepron ose ndërvepron vetëm përmes përplasjeve elastike.
Ky rezultat sugjeron se ndërveprimet më komplekse të materies së errët mund të luajnë rol në formimin dhe evolucionin e strukturave masive kozmike. Megjithatë, përputhja më e mirë me vëzhgimet nuk do të thotë se modeli është provuar përfundimisht.
Autorët përballen ende me pasiguri të rëndësishme lidhur me masën e saktë të El Gordos dhe shpejtësinë me të cilën dy rajonet e tij po përplasen. Këto parametra ndikojnë drejtpërdrejt në rezultatet e simulimeve. Nëse masa e supergrumbullit ndodhet në skajin më të ulët të intervalit të vlerësuar, modeli me dy gjendje mund të mos arrijë të shpjegojë të dhënat e vëzhguara.
Për këtë arsye, studiuesit e paraqesin hipotezën si një shpjegim të mundshëm dhe jo si një përfundim përfundimtar.
Materia e errët mund të jetë më komplekse nga sa mendohej
Studimi, i publikuar në revistën shkencore The Astrophysical Journal, i shtohet përpjekjeve për të kuptuar një nga misteret më të mëdha të fizikës moderne: natyrën e materies së errët.
Deri më sot, grimcat e saj nuk janë vëzhguar drejtpërdrejt. Shkencëtarët mbështeten kryesisht te efektet gravitacionale për të studiuar praninë dhe shpërndarjen e saj në kozmos. Kjo lë hapësirë për disa modele teorike që përpiqen të shpjegojnë sjelljen e saj në shkallë galaktike dhe kozmologjike.
Rasti i El Gordos tregon se struktura të tilla jashtëzakonisht masive mund të ndihmojnë në testimin e këtyre teorive. Nëse vëzhgimet e ardhshme konfirmojnë se materia e errët vetëndërvepruese mund të shpjegojë më mirë formimin dhe përplasjen e supergrumbujve galaktikë, kjo mund të kërkojë rishikimin e disa supozimeve mbi sjelljen e saj.
Megjithatë, derisa të sigurohen prova më të drejtpërdrejta dhe matje më të sakta, asnjë nga këto modele nuk mund të konsiderohet përfundimtar.
Për momentin, përfundimi kryesor i studimit është se materia e errët mund të ketë veti dhe mekanizma ndërveprimi më të ndërlikuar nga sa parashikojnë modelet më të thjeshta. El Gordo mbetet një laborator natyror i rëndësishëm për të testuar këto ide dhe për të kuptuar më mirë se si janë formuar strukturat më të mëdha të Universit.
Referenca shkencore
R. Valdarnini, Hydrodynamical Simulations of the Merging Cluster El Gordo in a Two-state Self-interacting Dark Matter Scenario, The Astrophysical Journal (2026). DOI: 10.3847/1538-4357/ae9300
Journal information: Astrophysical Journal .
