Een web dat door oneindige intergalactische ruimtes gaat, een dicht kosmisch bos verlicht door zeer verre lichten en een enorm raadsel om op te lossen. Dit zijn de pittoreske ingrediënten van een wetenschappelijk onderzoek - uitgevoerd door een internationaal team bestaande uit onderzoekers van de International School for Adavnced Studies (SISSA) en het Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics (ICTP) in Triëst, het Institute of Astronomy of Cambridge en de University of Washington - dat een belangrijk element toevoegt voor het begrijpen van een van de fundamentele componenten van ons heelal:de donkere materie.

Om de eigenschappen ervan te bestuderen, wetenschappers analyseerden de interactie van het "kosmische web" - een netwerk van filamenten bestaande uit gas en donkere materie die aanwezig zijn in het hele universum - met het licht afkomstig van zeer verre quasars en sterrenstelsels. Fotonen die in wisselwerking staan ​​met de waterstof van de kosmische filamenten creëren veel absorptielijnen die worden gedefinieerd als "Lyman-alfabos". Deze microscopische interactie slaagt erin om verschillende belangrijke eigenschappen van de donkere materie op kosmologische afstanden te onthullen. De resultaten ondersteunen verder de theorie van koude donkere materie, die is samengesteld uit deeltjes die heel langzaam bewegen. Bovendien, Voor de eerste keer, ze benadrukken de onverenigbaarheid met een ander model, d.w.z. de vage donkere materie, waarvoor donkere materiedeeltjes grotere snelheden hebben.

Het onderzoek is uitgevoerd door middel van simulaties die zijn uitgevoerd op internationale parallelle supercomputers en is onlangs gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

Hoewel het een belangrijk onderdeel van onze kosmos vormt, de donkere materie is niet direct waarneembaar, het zendt geen elektromagnetische straling uit en het is alleen zichtbaar door zwaartekrachtseffecten. Daarnaast, de aard ervan blijft een diep mysterie. De theorieën die dit aspect proberen te onderzoeken zijn divers. In dit onderzoek, wetenschappers onderzochten er twee:de zogenaamde Cold Dark Matter, beschouwd als een paradigma van de moderne kosmologie, en een alternatief model genaamd Fuzzy Dark Matter (FDM), waarin de donkere materie wordt geacht te zijn samengesteld uit ultralichte bosonen die op kleine schaal zijn voorzien van een niet-verwaarloosbare druk. Om hun onderzoek uit te voeren, wetenschappers onderzochten het kosmische web door het zogenaamde Lyman-alfabos te analyseren. Het Lyman-alpha-bos bestaat uit een reeks absorptielijnen die worden geproduceerd door het licht dat afkomstig is van zeer verre en extreem lichtgevende bronnen, die door de intergalactische ruimte gaat op weg naar de telescopen van de aarde. De atomaire interactie van fotonen met de in de kosmische filamenten aanwezige waterstof wordt gebruikt om de eigenschappen van de kosmos en van de donkere materie op enorme afstanden te bestuderen.

Door simulaties uitgevoerd met supercomputers, onderzoekers reproduceerden de interactie van het licht met het kosmische web. Zo konden ze enkele kenmerken afleiden van de deeltjes waaruit de donkere materie bestaat. Meer in het bijzonder, bewijs toonde voor het eerst aan dat de massa van de deeltjes, die naar verluidt de donkere materie samenstellen volgens het FDM-model, komt niet overeen met het Lyman-alpha Forest waargenomen door de Keck-telescoop (Hawaï, VS) en de Very Large Telescope (European Southern Observatory, Chili). In principe, de studie lijkt de theorie van de Fuzzy Dark Matter niet te bevestigen. De gegevens, in plaats daarvan, ondersteunen het scenario voorzien door het model van de Koude Donkere Materie.

De verkregen resultaten - zeggen wetenschappers - zijn belangrijk omdat ze het mogelijk maken om nieuwe theoretische modellen te bouwen voor het beschrijven van de donkere materie en nieuwe hypothesen over de kenmerken van de kosmos. Bovendien, deze resultaten kunnen nuttige aanwijzingen opleveren voor de uitvoering van experimenten in laboratoria en kunnen richtinggevend zijn voor observatie-inspanningen die gericht zijn op het boeken van vooruitgang op dit fascinerende wetenschappelijke thema.