Mörk materia, det mystiska ämnet som utgör en fjärdedel av universumets massa och energi, kan vara tillverkat av extremt små och lätta partiklar, antyder ny forskning. Denna "fuzzy" form av mörk materia - som kallas att eftersom dessa små partiklarnas våglängder skulle smörjas ut över ett kolossalt enormt område - skulle ha förändrat kursen för den kosmiska historien och skapat långa och spröda filament istället för klumpiga galaxer i det tidiga universum, enligt simuleringar.
Resultaten har observationsmässiga konsekvenser - kommande teleskoper kommer att kunna titta tillbaka till denna tidiga tidsperiod och potentiellt kunna skilja mellan olika typer av mörk materia, så att fysiker bättre kan förstå dess egenskaper.
Mörk materia är en okänd massiv substans som finns i hela kosmos. Det avger inget ljus - därmed namnet mörk materia - men dess gravitationseffekter hjälper till att binda samman galaktiska kluster och får stjärnor vid galaxernas kanter att snurra snabbare än de annars skulle göra. Många forskare tror att mest mörk materia är kall, vilket betyder att den rör sig relativt långsamt. Men det finns helt olika idéer, till exempel möjligheten att den är liten och otydlig, vilket betyder att den skulle röra sig snabbt eftersom den är så lätt.
"Våra simuleringar visar att de första galaxerna och stjärnorna som bildar ser väldigt annorlunda ut i ett universum med fuzzy mörk materia än ett universum som har kall mörk materia," Lachlan Lancaster, en astrofysik doktorand vid Princeton University och medförfattare till ett nytt papper i tidskriften Physical Review Letters, berättade för Live Science.
Lancaster förklarade att de vanligaste spekulationerna om mörk materia tyder på att den består av svagt interaktiva massiva partiklar (WIMP), som skulle ha några tiotals eller hundratals gånger massan för en proton. Simuleringar som använder denna typ av mörk materia är oerhört bra på att återskapa universums storskaliga struktur, inklusive stora tomrum med tomt utrymme omgiven av långa, spindelfilament av gas och damm, en formation som kallas den kosmiska banan. Men på mindre skalor innehåller sådana modeller ett antal avvikelser från vad astronomer observerar med sina teleskoper. I denna standardvy bör mörk materia höga upp i galaxernas centrum, men ingen har sett det göra det.
Fuzzy mörk materia, däremot, skulle vara överväldigande lätt, kanske en miljardstedel av en miljarddels massa av en elektron, enligt ett uttalande från MIT. Kvantmekanik säger att partiklar också kan betraktas som vågor, med våglängder omvänt proportionella till deras massa, sade Lancaster. Så våglängden för en sådan ljuspartikel skulle vara tusentals ljusår lång.
Fuzzy dark matter skulle därför ha en svårare tid att klumpa ihop sig än kall, WIMP-mörk materia. I simuleringar visade Lancaster och hans medförfattare att ett kallt mörker-universum skulle ha galaxer som bildades relativt snabbt ur sfäriska glorier.
Men dimmigt mörkt material skulle istället samlas i långa, spröda materialsträngar - "mer jättefilament än klumpiga galaxer," sa Lancaster - och galaxer skulle sedan födas större och senare. Mörkmaterial skulle också ha svårare att samlas upp i galaxernas centra och potentiellt förklara varför astronomer inte observerar denna klumpighet när de tittar på galaxer.
Instrument som Large Synoptic Survey Telescope (LSST) i Chile och 30-meter-teleskop som byggs runt om i världen kommer snart att kunna kika tillbaka till några av universumets tidigaste dagar. De förväntas börja ta data under det kommande decenniet, vilket betyder "vi kommer antingen att börja se effekterna av fuzzy dark matter, eller börja utesluta dem," sade Lancaster.
Även om andra forskare har spekulerat om fuzzy dark matter, gör de nya simuleringarna ett mer noggrant jobb med att utarbeta dess kosmologiska effekter, säger Jeremiah Ostriker, en astrofysiker vid Columbia University som inte var involverad i arbetet.
"Detta hjälper till att beskriva detaljerna om vad strukturen skulle bilda i denna variantteori," tillade OStriker. "Och det är en av de mest intressanta teorierna runt om."
Lancaster sa att hans lags framtida simuleringar kan fokusera på att fånga fler detaljer om den fuzzy mörka materiens effekter, och potentiellt ge astronomer en bättre uppfattning om vad de kan förvänta sig att se genom sina teleskoper.
- De 18 största olösta mysterierna i fysik
- De 12 konstigaste föremålen i universum
- Kosmiska skivhållare: De 12 största föremålen i universum
