Ciemna materia to dziwna "substancja". Musi istnieć, aby nasze obecne modele wszechświata działały. Ale nie tylko nie możemy jej zobaczyć, poczuć ani w żaden sposób z nim nie wchodzimy w interakcje, nie jesteśmy nawet pewni, czym tak naprawdę jest ciemna materia. Mamy jednak pewne wskazówki, takie jak sposób, w jaki ciemna materia może oddziaływać lub „rozmawiać” ze zwykłą materią poprzez grawitację. Sposób, w jaki zachodzi ta interakcja, pozostaje tajemnicą, ale nowe prace sugerują, że rozwiązaniem może być coś, co nazywa się „nieminimalnym sprzężeniem”.

Naukowcy Giovanni Gandolfi, Andrea Lapi i Stefano Liberati, w oświadczeniu prasowym na temat ich pracy, stwierdzają.

"Zadaliśmy sobie pytanie: czy grawitacja jest zła, czy po prostu brakuje nam czegoś ważnego w naturze ciemnej materii? Co jeśli ciemna materia i standardowa materia „barionowa” oddziałują inaczej, niż zawsze sobie wyobrażaliśmy? wyjaśniają kosmolodzy  „W naszym badaniu staraliśmy się odpowiedzieć na te intrygujące pytania”.

Naszym najlepszym przypuszczeniem, czym może być ciemną materią, są zimne, słabo oddziałujące masywne cząstki, które eksperymentalni fizycy na całym świecie próbują wykryć od dziesięcioleci, ale jeszcze ich nie znaleźli. Pomimo tego, jak dobrze ten konkretny rodzaj ciemnej materii radzi sobie w naszych modelach, pozostaje kilka problemów. Jeden z nich nazywa się „problemem halo”, gdzie szacowana gęstość ciemnej materii w galaktykach nie odpowiada temu, co wynika z symulacji.

Modele te sugerują, że aby wyjaśnić ich obecną strukturę i ruch, ciemna materia w galaktykach o niskiej materii musi być „zgromadzona” – co oznacza, że ​​jest najbardziej skoncentrowana w pobliżu galaktyki lub poza nią. Jednak obserwacje pokazują, że w większości galaktyk karłowatych ciemna materia znajduje się w centrum. Naukowcy sugerują, że jeśli ciemna materia nie jest w minimalnym stopniu związana z grawitacją, rozwiązuje to problem wierzchołków i inny powiązany problem zwany współczynnikiem przyspieszenia radialnego.

„W tym artykule proponujemy inny punkt widzenia na modyfikację standardowego schematu zimnej ciemnej materii, aby mógł on dokładnie opisywać obserwowane krzywe rotacji galaktyk i jednocześnie wiernie odtwarzać współczynnik przyspieszenia radialnego” – pisze zespół w swoim artykule - „Wprowadzenie takiego sprzężenia może zachować sukces zimnej ciemnej materii w dużych kosmologicznych skalach, a jednocześnie poprawić jej zachowanie w układach galaktycznych”.

Nieminimalne powiązanie jest trochę mylące. Oznacza to, że ciemna materia jest bezpośrednio związana z krzywizną czasoprzestrzeni, zwaną tensorem Einsteina. Mówiąc najprościej, jest to nowy rodzaj interakcji między ciemną materią a grawitacją. Jeśli istnieje nieminimalne połączenie, wtedy ciemna materia oddziałuje z czasoprzestrzenią inaczej niż zwykła materia. Ta cecha ciemnej materii nie jest częścią nowej egzotycznej fizyki fundamentalnej. Istnienie tego nie-minimalnego połączenia można wyjaśnić jedynie przy pomocy znanej fizyki.

To tylko jedna z hipotez i chociaż dobrze zgadza się z danymi obserwacyjnymi, które posiadamy dzisiaj, ciemna materia nadal jest złożoną kwestią. Będziemy potrzebować znacznie więcej badań, aby ustalić, czy nieminimalne sprzężenie jest rzeczywiście cechą ciemnej materii, czy tylko kolejną hipotezą, która popycha nas do odkrycia, co naprawdę się dzieje.

Przyszłość ciemnej materii wygląda obiecująco i autorzy w komunikacie prasowym deklarują, że zostaną przeprowadzone następne  w celu zbadania wszystkich interesujących implikacji tej proponowanej nowej cechy ciemnej materii. Nie byłoby to wielkim zaskoczeniem, gdyby odkryto, że to nieminimalne połączenie może rozwiązać inne pytania na temat Wszechświata pozostające bez odpowiedzi.

Badanie zostało opublikowane w The Astrophysical Journal.