Мистерије свемира: 10 највећих неодговорених питања о тамној материји

До сада је познато да се тамна материја може наћи широм космоса и да је шест пута већа од нормалне материје која чини ствари попут звезда и људи. Упркос томе што знају да тамна материја постоји у целом универзуму, научници и даље имају много питања о њој.

Тридесетих година прошлог века, швајцарски астроном по имену Фриц Цвики приметио је да галаксије у удаљеном јату круже једна око друге много брже него што је требало, када се узме у обзир количина видљиве масе коју имају.

Он је тада предложио теорију да у галаксијама постоји и невидљива супстанца, коју је назвао тамна материја, преноси Национална географија.

Иако је тамна материја деценијама предмет научних истраживања многе чињенице о њој још увек су непознате.

1. Шта је тамна материја?

Прво питање можда највише збуњује. Истраживачи заправо нису сигурни шта је тачно тамна материја.

У почетку су неки научници претпоставили да се састоји од малих бледих звезда и црних рупа, али детаљна посматрања нису открила ни приближно довољно таквих објеката да би се објаснио њихов утицај на тамну материју, рекао је физичар Дон Линколн за Live Science.

Тренутни водећи кандидат за објашњење садржаја плашта тамне материје је хипотетичка честица која се зове Слабо интерактивна масивна честица, или WIМP, која се понаша попут неутрона и потенцијално је између 10 и 100 пута тежа од протона, написао је Линколн.

Ипак, ово нагађање је само довело до још питања.

2. Може ли тамна материја да се открије?

Ако је тамна материја направљена од WIМPова, они би требали да буду свуда око нас, невидљиви и једва уочљиви, али ипак ту. Зашто их онда још нисмо открили?

Иако не би имали много интеракције са обичном материјом, увек постоји мала шанса да честица тамне материје може да удари честицу попут протона или електрона док путује кроз свемир.

Истраживачи су, због тога, спроводили експеримент за експериментом како би проучавали огроман број обичних честица дубоко под земљом, где су заштићене од ометајућег зрачења, како би могли да имитирају судар честица тамне материје. Где је онда проблем? Након деценија истраживања и ниједан од ових детектора није дошао до веродостојног открића.

3. Да ли се тамна материја састоји од више врста честица?

Обичну материју чине честице попут протона и електрона, као и читав зоолошки врт егзотичних честица попут неутрина, миона и пиона. Из тог разлога, неки истраживачи су се запитали да ли би тамна материја, која чини 85 посто материје у свемиру, могла да буде исто тако компликована.

"Не постоји добар разлог за претпоставку да је сва тамна материја у универзуму изграђена од једне врсте честица", рекао је физичар Андреј Катц са Универзитета Харвард. Честице тамне материје исто би се могле комбиновати, стварајући различите и занимљиве конфигурације као оне у видљивом свету, рекао је Катц.

Међутим, проналажење начина да ову претпоставку потврде или порекну досад је измицало научницима.

4. Постоји ли тамна енергија?

Уз додатне честице које потенцијално чине тамну материју, постоји могућност да у тамној материји постоје и силе, сличне онима у нормалној материји.

Неки истраживачи су тражили "тамне фотоне", који би били попут фотона који се размењују између нормалних честица које изазивају електромагнетну силу. Ако тамни фотони постоје, парови електрон-позитрон могли би уништити или произвести једну од чудних честица које носе силу, потенцијално отварајући потпуно нови сектор свемира.

Свемир је препун тајни...

CC0 / /

5. Да ли се тамна материја састоји од аксиона?

И друге материје, попут WIМP-ова, добијају наклоност научника када је реч о ткању тамне материје. Једна од водећих замена је хипотетичка честица позната као аксион, за коју се мисли да је изузетно лагана, можда чак 10 на 31. степен мање масивна од протона.

Аксиони се тренутно траже у неколико експеримената. Недавне компјутерске симулације повећале су могућност да би ови аксиони могли формирати објекте сличне звездама, који би могли да произведу детектирајуц́е зрачење које би било прилично слично мистериозним феноменима познатим као рафали брзог радијума.

6. Која су својства тамне материје?

Астрономи су открили тамну материју кроз њене гравитационе интеракције са обичном материјом, сугеришући да је то њен главни начин да обзнани своје присуство у свемиру. Али, покушавајући да разумеју праву природу тамне материје, истраживачи немају изузетно много могућности.

Према неким теоријама, честице тамне материје требале би бити себи и античестице, што значи да би се две честице тамне материје међусобно уништавале када се сретну. Експеримент Алфа магнетног спектрометра (АМС) на Међународној свемирској станици тражио је знакове овог уништења од 2011. године и већ је открио стотине хиљада догађаја; међутим, научници још увек нису сигурни да ли потичу баш од тамне материје.

7. Постоји ли тамна материја у свакој галаксији?

Будући да толиком величином надмашује обичну материју, за тамну материју се често каже да је контролна сила која организује велике структуре попут галаксија и галактичких јата. Дакле, било је чудно када су раније ове године астрономи објавили да су пронашли галаксију по имену НГЦ 1052-ДФ2 за коју се чинило да не садржи готово никакву тамну материју. "Тамна материја очигледно није услов за формирање галаксије", рекао је Питер ван Докум са Универзитета Јејл.

Међутим, током лета, један други тим објавио је анализу која сугерише да је ван Докумов тим погрешно измерио удаљеност до галаксије, што значи да је њена видљива материја много тамнија и лакша од првих налаза и да је њена маса у тамној материји заправо већа него што је раније било предложено.

8. Шта је са резултатима ДАМА/ЛИБРА?

Дугогодишња мистерија у физици честица су загонетни резултати европског експеримента познатог као ДАМА/ЛИБРА. Овај детектор - који се налази у подземном руднику испод планине Гран Сасо у Италији - тражио је периодичне осцилације у честицама тамне материје. Ове осцилације требале би да настану док се Земља креће у својој орбити око Сунца, док лети кроз галактички ток тамне материје која обавија наш Сунчев систем, који се понекад називају и ветар тамне материје.

Од 1997. ДАМА/ЛИБРА тврди да детектован управо овај сигнал, иако ниједан други експеримент није видео ништа слично.

9. Могу ли се обичне честице распасти у тамну материју?

Неутрони су честице материје са ограниченим веком трајања. Након отприлике 14,5 минута, усамљени неутрон који се не веже за атом, ће се распасти у протон, електрон и неутрино.

Међутим, два различита експериментална подешавања дају мало другачије резултате трајања овог распада. Разлика између два експеримента је у 9 секунди. Раније ове године, физичари су сугерисали да би, ако се 1 одсто времена неки неутрони распадну у честице тамне материје, то могло објаснити ову аномалију. Кристофер Морис из Националне лабораторије Лос Аламос у Новом Мексику и његов тим пратили су неутроне у потрази за сигналом који би могао бити тамна материја, али нису ништа открили.

10. Да ли тамна материја заиста постоји?

С обзиром на потешкоће са којима су се научници суочили покушавајући да открију и објасне тамну материју, разуман човек би могао да се запита да ли све то раде ипокушавају – погрешно?

Гласна мањина физичара дуги низ година заступала је идеју да су можда наше теорије гравитације једноставно нетачне и да фундаментална сила делује другачије на великим размерама него што ми очекујемо.

Често познати као "модификована њутновска динамика" или МОНД модели, ови предлози постављају став да нема тамне материје и да су ултрабрзине којима се звезде и галаксије окрећу једна око друге последица гравитације која се понаша на изненађујуће начине. "Тамна материја је још увек непотврђен модел", написао је физичар Дон Линколн у објашњењу за Live Science.

Ипак, и научници који имају другачије мишљење тек треба да докажу своје тврдње.