По наиболее авторитетной в космологии теории, темная материя составляет до 85% вещества во Вселенной. Она не взаимодействует с барионной материей (нормальным веществом) никаким образом, кроме гравитационного, но ответственна за формирование космических структур от галактик до галактических скоплений, а также за кривые вращения галактик. Существование темной материи требуется для общей теории относительности, которая множество раз была подтверждена наблюдениями и экспериментами. Тем не менее, ее природа остается загадкой для ученых, пишет Universe Today.

Физики из Италии предлагают новую модель нелокального взаимодействия между темной материей галактики и гравитацией. Ее суть авторы определили так: в самых внутренних частях маленьких галактик темная материя ведет себя как нелокальный объект, взаимодействуя со всей прочей массой во Вселенной». Это противоречит господствующему взгляду на темную материю как на «холодную», то есть состоящую из слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMPS). Которые движутся относительно медленно и взаимодействуют с барионной материей слабо и локально.

«Хотя предсказания самой распространенной модели темной материи (так называемая CDM) хорошо подтверждаются экспериментальными данными в космологическом масштабе, у нее возникают трудности внутри галактик, особенно, в центре самых маленьких, — сказал Франческо Бенетти, один из авторов гипотезы. —  Наша модель может решить эти трудности, предложив нелокальное взаимодействие между темной материей внутри галактик».

Для моделирования гипотезы нелокальности ученые применили дробное исчисление, раздел математического анализа, созданного в XVII веке. До сих пор в астрофизике этот метод не применялся. При описании темной материи в замкнутых системах (например, маленьких галактик) нелокальность возникает как следствие взаимодействия частиц. Бенетти и его коллеги приложили свою гипотезу к кривым вращения тысяч различных галактик — от карликовых до больших спиралевидных.

Результаты показали, что гипотеза предсказывает скорость вращения галактик — особенно маленьких — лучше, чем CDM в ньютоновой гравитации.

В частности, гипотеза намекает на возможность решения проблемы так называемой проблемы каспов, противоречия модели холодной темной материи с наблюдаемыми данными. Такой революционный подход может иметь серьезные последствия для космологии и стать примером квантовой системы в макроскопичеком, галактическом масштабе.

Охотники за темной материей, возможно, приблизились недавно к разгадке одной из главных тайн космологии — из чего состоит темная материя? Изучая «комковатость» Вселенной, они обнаружили, что космическое вещество распределено более равномерно, чем они ожидали. И пришли к выводу, что все дело в аксионах.