Velika većina mase u našem svemiru je nevidljiva. Fizičari već dugo vremena pokušavaju shvatiti što je to neuhvatljiva masa. Ako se sastoji od čestica, nada se da će Veliki hadronski sudarač stvoriti čestice tamne materije, ili će svemirski teleskop vidjeti rječiti gma-zračni potpis sudara tamne materije. Za sada nema ništa. A ovaj problem čini da teorijski fizičari razmišljaju o novim idejama.
Poznata teorijska fizičarka Lisa Randall 2017. godine zavirila je u jednu od najnevjerojatnijih mogućnosti tamne materije. Hipotetski, naravno. Umjesto da tretira tamnu tvar kao određenu vrstu čestica, pretpostavila je da se tamna tvar može sastojati od čitave obitelji čestica koje čine tamne zvijezde, tamne galaksije, tamne planete i eventualno tamni život. Kemija mračnog svemira mogla bi biti jednako bogata i raznolika kao i naša "redovna kemija".
Ali nije tako jednostavno.
Problem s tamnom materijom
Naš Svemir je nevjerojatno, iako nerazumljivo mjesto.
U posljednjih nekoliko desetljeća shvatili smo da 84,5% materije u Svemiru nije moguće sagledati. S obzirom na prilično nespretan nadimak "tamna materija", ova tvar je u stanju u kojem ne djeluje na "normalnu" materiju. Kao i tamna energija, te su stvari „mračne“jer ih mi ne razumijemo.
Ako je na mom stolu komad tamne materije, nikad neću znati za to. Komad tamne materije općenito, kao takav, ne može ležati na mom stolu. Padat će kroz stol, a pod, i zemljina kora, uskočit će u gravitacijski bunar u srži našeg planeta. Ili će nestati u svemiru na nerazumljiv način. Tamna materija djeluje tako slabo sa bilo čim da će ovaj komad jednostavno propasti kroz običnu materiju, kao da ga nema.
Promotivni video:
U malom razmjeru, gravitacijska manifestacija tamne materije je zanemariva, ali na kozmološkim udaljenostima definitivno se osjeća prisutnost tamne materije - posredno se može primijetiti i njezin gravitacijski utjecaj na grozdove galaksija i njegov utjecaj na rotaciju galaksija. Znamo da postoji, samo ne vidimo.
I ne znamo što je to. Možemo samo nagađati.
Obična tvar - aka barionska tvar - djeluje kroz elektromagnetske, gravitacijske, jake i slabe sile. Ove sile prenose energiju i daju strukturu cijeloj materiji. S druge strane, tamna se tvar obično smatra amorfnim oblakom "materije" koja ne može komunicirati putem elektromagnetskih, slabih ili jakih sila. Stoga se pretpostavlja da je tamna tvar "nebarionska". Nekarionska materija može otkriti svoju prisutnost samo gravitaciono.
Vodeći kandidat u potrazi za tamnom materijom je WIMP, slabo interaktivna masivna čestica. Kao što ime WIMP sugerira, ova hipotetička čestica ne djeluje u interakciji s normalnom materijom - tako da nije barionska.
Utvrđeni kozmološki modeli predviđaju da će tamna tvar - bilo ona u obliku WIMP-ova ili „aksiona“- obdariti naš Svemir strukturom i obično se jednostavno naziva „ljepilom“koje drži naš Univerzum u cjelini.
Promatrajući rotaciju galaksija, astronomka Vera Rubin primijetila je da većina stvari u galaksijama nije promatrana. Vidljiv je samo mali postotak - zvijezde, gas i prašina; ostatak se skriva u ogromnom, ali nevidljivom oreolu tamne materije. Kao da je naša vidljiva galaksija obične materije samo kapuljača na ogromnom kolu crne materije koja se proteže daleko izvan onoga što možemo vidjeti.
U nedavno objavljenom radu (2013) Randall i njezini kolege predstavili su složeniji oblik tamne materije. Prema njima, halo tamne materije naše galaksije ne sastoji se od samo jedne vrste amorfne mase nebarionske materije.
"Čini se vrlo čudnim pretpostaviti da je sva tamna tvar sastavljena od samo jedne vrste čestica", piše Randall. "Nepristrani znanstvenik ne bi smio dopustiti da tamna tvar bude toliko raznolika kao naša normalna materija."
Bogat „svemir sjene“?
Baš kao što našim vidljivim svemirom upravlja Standardni model fizike - dobro dokazana obitelj čestica (uključujući zloglasni Higgsov bozon) i sila, može li bogat i raznolik model čestica i sila tamne materije funkcionirati u tamnom galaktičkom halou?
Ovo istraživanje slijedi logiku pretpostavljanja bogate raznolikosti nepoznate fizike u mračnom sektoru svemira - nazovimo to „svemir sjene“- koji djeluje paralelno s našim i ima sve složenosti koje naš vidljivi svemir može ponuditi.
Astrofizičari su ranije sugerirali da "tamne zvijezde" - zvijezde načinjene od tamne materije - mogu postojati u našem drevnom svemiru do danas. Ako je to slučaj, tvrdi Randall, možda bi se mogli stvoriti "tamne planete". A ako postoji obitelj čestica tamne materije koja je pod kontrolom sila raspoređenih u mračnom sektoru, može li to dovesti do složene kemije? A u život?
Međutim, ako život "mračnog" ili "sjene" postoji paralelno s našim svemirom, možete zaboraviti da ga možemo otkriti.
Život u sjeni ostat će u sjeni
Izgleda primamljivo da se ova hipoteza objasni za sve svakodnevne misterije, ili čak paranormalne tvrdnje, da se znanost ne može osporiti ili podržati. Što ako su "duhovi" ili neobjašnjive "svjetiljke na nebu" anticikli tamnih stvorenja koja žive iza leđa?
Iako bi ta logika bila dobra za TV emisiju ili film, ova bi mračna stvorenja živjela u sjenovitom svemiru koji je u potpunosti nespojiv s običnom materijom. Njihove čestice i sile ne bi imale učinka u našem svemiru. Mogli ste čitati ove redove sjedeći na stablu drveća u mračnoj šumi, a nikad ne biste znali za to.
Ali budući da koegzistiramo s ovim svemirom u sjeni u istom prostoru-vremenu - bez dodatnih dimenzija ili multiverzuma - može se prenijeti samo jedan signal.
Gravitacijski valovi otkriveni su tek 2016. godine, a prvo otkrivanje tih valova u svemiru uzrokovano je sudarom crnih rupa. Čini se sasvim mogućim da se gravitacijski valovi mogu otkriti u mračnom sektoru, ali samo najmoćniji kozmički događaji u mračnom sektoru mogu se otkriti na našem kraju žice.
Sve u svemu, gotovo sigurno nikada nećemo dokazati postojanje simpatičnih stvorenja tamne materije, ali Randall ima poantu. Kad razmatramo izvor tamne materije, moramo gledati izvan naših predrasuda; tamni sektor može biti složena obitelj čestica tamne materije i sila koje nadilaze ono što možemo zamisliti.
Ilya Khel
