Oni traže tamnu materiju na Zemlji, pod zemljom i u svemiru. Njegove tajanstvene čestice nevidljive su znanstvenim instrumentima i nigdje se ne očituju. Međutim, prikupljena je čvrsta „baza dokaza“u korist njihovog postojanja. Imaju li znanstvenici priliku ikad otkriti tamnu materiju.
Ključna komponenta svemira
Čestice tamne materije rodile su se ubrzo nakon Velikog praska, kada je svemir bio usijana plazma. Kako su se hladili, stvarali su nakupine koje su na kraju osigurale pojavu zvijezda i galaksija. Kad bi plazma sadržavala samo obične čestice koje čine atome, tada bi ih zračenje međusobno odbijalo, ne dopuštajući im da tvore bilo kakve strukture. Gravitacijski vezani predmeti pojavili su se dovoljno brzo, što znači da im je nešto pomagalo. Kočila ih je neka masivna tvar. Sada ona ne djeluje na bilo koji način s običnom materijom, ne zrači, stoga je ne promatramo nikakvim metodama.
Na taj način znanstvenici rekonstruiraju evoluciju svemira, koja bi bila nepotpuna bez sudjelovanja tamne materije. Do ovog je zaključka još 1930-ih došao švicarski astronom Fritz Zwicky. Proučavajući nakupine galaksija, pitao se zašto se ne raspršuju. Napokon, masa vidljivih galaksija nije dovoljna da zadrži nakupinu. Stoga mora postojati skrivena masa. Kasnije je ova hipoteza pronašla brojne potvrde o anomalijama u stopama rotacije galaksija: dijelovi diskova daleko od središta teško usporavaju, kao što bi i bilo da se sastoje samo od zvijezda.
Gravitacijsko leće omogućuje neizravno bilježenje prisutnosti skrivene mase. Ovaj efekt stvaraju dvije masivne galaksije smještene jedna iza druge. Svjetlost iz udaljene galaksije savijeno je gravitacijskim poljem obližnje i, kao u leći, pojavljuje se njena slika. To daje određeni uvid u tamnu materiju u galaksijama koja oko njih stvara ogromnu nevidljivu aureolu. Koristeći razne modele, znanstvenici izračunavaju raspodjelu gustoće tamne tvari u aureoli i na temelju toga nagađaju o strukturi.
S lijeve strane - aureola tamne tvari u galaksiji NGC 4555.
Promotivni video:
Sastav tamne materije
Fizičari su skloni vjerovati da se tamna tvar sastoji od nama nepoznatih čestica.
“Astrofizičke metode promatranja ne govore ništa o njihovim svojstvima. Moguće je da ne djeluju ni na koji način, osim gravitacijske metode. Možda ni izravni eksperimenti na Zemlji, ni promatranja u svemiru neće dovesti do ičega. To uvijek moramo imati na umu”, kaže Dmitrij Gorbunov, dopisni član Ruske akademije znanosti, glavni istraživač Instituta za nuklearna istraživanja Ruske akademije znanosti.
Kandidati za ulogu tamnih čestica uključuju ultralake aksione, slabo interakcijske čestice (WIMP) i sterilne neutrine koji pomažu objasniti masu i oscilacije sunčevih neutrina.
“Najlakši sterilni neutrino možda je čestica tamne tvari. Nije stabilno, ali živi jako dugo. U Galaksiji bi se takve čestice trebale raspadati u neutrine i foton. Vrte se polako (10-3 puta više od brzine svjetlosti), pa se u spektru fotona očekuje vrhunac u opsegu X-zraka”, kaže znanstvenik.
Prema njemu, u orbitu treba poslati dobar spektrometar koji će pokušati registrirati takve događaje.
Prije dvije godine Gorbunov i kolege modelirali su jednu od hipoteza o nestabilnoj komponenti tamne tvari kako bi objasnili neslaganje rezultata eksperimenta svemirskog teleskopa Planck, kojim je izmjeren CMB. Možda je ovo bila pogreška ili možda naznaka nekog svojstva tamne materije. Znanstvenici su sugerirali da je tamna tvar heterogenog sastava i da dio nje nije preživio do danas.
U potrazi za tamnim česticama
Kako zarobiti čestice tamne materije jedno je od ključnih pitanja u fizici. Mnogi teoretičari i eksperimentatori pokušavaju na to odgovoriti. Način promatranja ovisi o modelu u koji su položena sva svojstva hipotetske čestice. Ako pretpostavimo da je tamna tvar bila u ravnoteži u plazmi ranog svemira - a bilo je i običnih čestica - to znači da ona nekako stupa u interakciju s njima. Od svih poznatih vrsta interakcija, osim gravitacijske, najprikladnija je ona slaba koja se javlja tijekom beta raspada atomske jezgre.
"U skladu s tom pretpostavkom, nakon što se primarna plazma ohladi, ostaje potrebna količina tamne tvari", objašnjava Dmitrij Gorbunov.
Na temelju toga, tamne čestice mogu se uništiti stvaranjem elektrona i pozitrona. Traže tragove tih uništenja, ali to je u svakom slučaju posredni dokaz. Uz to, rezultati su prilično mutni, čestice se skreću, lete oko Galaksije, uništavaju, gube energiju, a ono što dopire do Zemlje teško je raspoznati u pozadini kozmičkih zraka.
Pokušavaju promatrati tamne čestice izravno u podzemnim detektorima neutrina. Pod zemljom se smanjuje pozadina atmosferskih čestica, detektorska tvar se hladi i treba pričekati da je čestica tamne tvari udari. Ti su događaji sami po sebi rijetki, jer ako čestica djeluje u interakciji, ona je slaba. Udar uzrokuje pobuđivanje atoma i nalet energije, što bilježi detektor.
U ovom je slučaju nemoguće beskonačno povećati volumen detektorske tvari kako bi se povećala vjerojatnost prolaska tamnih čestica bez gubitka osjetljivosti. Uz to, neutrini ometaju signal. Da biste ga prekinuli, možda ćete morati izgraditi potpuno novi detektor koji će ići ispod ovog signala.
„Moramo koristiti detekciju smjera udara čestica. To će značajno potisnuti pozadinu, jer neutrini lete u smjeru od Sunca, a tamna tvar udarit će u drugim smjerovima”, precizira znanstvenik.
Treći smjer je stvaranje čestice tamne materije kao rezultat sudara običnih čestica na LHC i drugim akceleratorima. Promatraču će izgledati poput, na primjer, fotona koji leti u stranu. Prema zakonu očuvanja gibanja, čestica bi također trebala odletjeti u drugom smjeru, ali nema je. Dakle, ona je nevidljiva.
Do sada nijedan od načina hvatanja čestica tamne tvari nije bio uspješan. Nije čak ni jasno koji od njih najviše obećava.
Sastav svemira / Ilustracija RIA Novosti.
Tatiana Pichugina
