Обычное вещество состоит, как известно, из атомов, образованных из протонов, нейтронов и электронов. Эти частицы подчиняются четырем фундаментальным взаимодействиям: электромагнитному, гравитационному, а также сильному и слабому ядерным. Что касается темного вещества, то его характер отношений с четырьмя фундаментальными взаимодействиями остается неизвестным.

Для того чтобы выяснить, подчиняется ли темная материя пятому, пока неизвестному фундаментальному взаимодействию, исследователи из Женевского университета решили выяснить, как она будет себя вести в масштабах Вселенной. В частности, попадает ли темная материя в космические гравитационные ямы, как это происходит с обычным веществом. Гравитационные ямы образуются, когда тела огромной массы вызывают искривление самой ткани пространства-времени. Чем больше масса тела, тем сильнее искривление пространства-времени, тем «глубже» образующаяся гравитационная яма и, следовательно, тем сильнее гравитационное воздействие.

«Чтобы ответить на этот вопрос, мы сравнили скорости галактик во Вселенной с глубиной гравитационных ям, — пояснил Камиль Бонвен, один из исследователей. — Если темная материя не подвержена действию пятого взаимодействия, то галактики, состоящие в основном из темной материи, будут падать в эти ямы, как обычное вещество, управляемое только гравитацией. С другой стороны, если на темную материю действует пятое взаимодействие, оно будет влиять и на движение галактик, которые будут тогда падать в ямы по-разному. Сравнивая глубину ям со скоростью галактик, мы можем, таким образом, проверить наличие такого воздействия».

Используя этот подход и современные космологические данные, команда установила, что темная материя действительно падает в гравитационные ямы, как и обычная. Хотя эти результаты не дают никаких намеков на существование пятого фундаментального взаимодействия, исследователи не могут полностью исключить его существование, пишет Space.

«На данном этапе, однако, эти выводы еще не исключают наличие неизвестного взаимодействия. Но если такая пятая сила существует, она не может превышать 7% от силы гравитации — в противном случае она бы уже появилась в наших анализах, — сказала Настасья Гримм, руководитель группы из Портсмутского университета (Великобритания).

Хотя эти результаты не ставят окончательную точку в этом вопросе, они помогают лучше определить характеристики этой неуловимой формы вещества. А данные новейших экспериментов, таких как LSST и DESI, позволят астрофизикам еще больше узнать о поведении темной материи».

Теория темной материи — распространенная, но не единственная научная теория, объясняющая поведение галактик. Ученые ведут многолетние дискуссии о том, какая из них более верна. Проанализировав данные о скорости движения звезд 12 самых маленьких и тусклых галактик во Вселенной, международная команда исследователей обнаружила недавно свидетельства в пользу теории темной материи.