Uz svo naše razumijevanje zakona fizike i uspjeha Standardnog modela i opće relativnosti, postoji niz uočljivih pojava u Svemiru koje se ne mogu objasniti. Svemir je prepun misterija, od stvaranja zvijezda do kozmičkih zraka visoke energije. Iako postupno otkrivamo sebi prostor, još uvijek ne znamo sve. Primjerice, znamo da tamna tvar postoji, ali ne znamo koja su njezina svojstva. Znači li to da bismo sve nepoznate učinke trebali pripisivati manifestacijama tamne materije?
Postoji toliko misterija o tamnoj tvari koliko ima dokaza o njenom postojanju. No kriviti tamnu materiju za sve tajanstvene manifestacije prostora nije samo kratkovidna, već i pogrešna. To se događa kad znanstvenicima ponestane dobrih ideja.
Dvije svijetle velike galaksije u središtu nakupine Kome, svaka svaka veća od milijun svjetlosnih godina. Galaksije na periferiji ukazuju na postojanje velikog oreola tamne tvari u cijelom jatu.
Tamna materija nalazi se posvuda u Svemiru. Prvi put je konzultiran 1930-ih kako bi objasnio brzo kretanje pojedinih galaksija u nakupinama galaksija. To se dogodilo jer sva uobičajena materija - tvar koju čine protoni, neutroni i elektroni - nije dovoljna da objasni ukupnu količinu gravitacije. To uključuje zvijezde, planete, plin, prašinu, međuzvjezdane i međugalaktičke plazme, crne rupe i sve ostalo što možemo izmjeriti. Linije dokaza koji podupiru tamnu materiju su brojne i uvjerljive, kako je primijetio fizičar Ethan Siegel.
Tamna tvar potrebna je za objašnjenje:
- rotacijska svojstva pojedinih galaksija, - stvaranje galaksija različitih veličina, od divovskih eliptičnih do - galaksija veličine Mliječne staze i sićušnih patuljastih galaksija u našoj blizini, Promotivni video:
- interakcije između parova galaksija, - svojstva nakupina galaksija i jata galaksija u velikim razmjerima, - svemirska mreža, uključujući njezinu vlaknastu strukturu, - spektar fluktuacija kozmičke mikrovalne pozadine, - uočeni učinci gravitacijskog lećenja udaljenih masa, - uočena razdvojenost između utjecaja gravitacije i prisutnosti obične tvari u sudarima galaktičkih jata.
I na malom mjerilu pojedinih galaksija i na mjerilu cijelog Svemira potrebna je tamna tvar.
Stavljajući sve ovo u kontekst ostatka kozmologije, vjerujemo da svaka galaksija, uključujući i našu, sadrži masivan, difuzan halo tamne materije koji je okružuje. Za razliku od zvijezda, plina i prašine u našoj galaksiji, koji su uglavnom u disku, halo tamne tvari trebao bi biti sferičan jer se, za razliku od obične (na osnovi atoma) materije, tamna tvar ne "spljošti" kad je stisnete … Također, tamna tvar bi trebala biti gušća u blizini galaktičkog središta i protezati se deset puta dalje od zvijezda same galaksije. Napokon, u svakom oreolu trebaju biti male grudice tamne tvari.
Za reprodukciju cijelog niza gore navedenih opažanja, kao i ostalih, tamna tvar ne bi trebala imati druga svojstva osim sljedećih: trebala bi imati masu; mora međudjelovati gravitacijski; mora se polako kretati u odnosu na brzinu svjetlosti; ne bi smio snažno komunicirati preko drugih sila. Svi. Bilo koje druge interakcije vrlo su ograničene, ali nisu isključene.
Zašto onda, kad god se astrofizičko promatranje provodi s viškom obične čestice određenog tipa - fotona, pozitrona, antiprotona - ljudi prije svega govore o tamnoj tvari?
Ranije ovog tjedna, tim znanstvenika koji proučava izvore gama zračenja oko pulsara objavio je svoja otkrića u Scienceu. U svom su radu pokušali bolje razumjeti odakle dolazi višak pozitrona koje smo promatrali. Pozitroni, antipodi elektrona, obično se rađaju na više načina: kada se obične čestice ubrzaju do dovoljno visokih energija, kada se sudaraju s drugim česticama tvari i s proizvodnjom parova elektrona-pozitrona prema Einsteinovoj formuli E = mc2. Takve parove stvaramo tijekom fizikalnih pokusa i možemo astrofizički promatrati stvaranje pozitrona, kako izravno, u potrazi za kozmičkim zrakama, tako i neizravno, u potrazi za energetskim potpisom uništavanja elektrona i pozitrona.
Ovi astrofizički pozitronski potpisi javljaju se u blizini galaktičkog središta, ciljajući točkaste izvore kao što su mikrokvazari i pulsari smješteni u misterioznom području naše galaksije poznatom kao Veliki uništavač, i u dijelu difuzne pozadine čije podrijetlo nije poznato. Jedno je sigurno: vidimo više pozitrona nego što očekujemo. A to se već odavno zna. PAMELA je to izmjerila, Fermi je to izmjerio, AMS na brodu ISS. U novije vrijeme, zvjezdarnica HAWC izmjerila je gama zrake izuzetno visoke energije na razini TeV i pokazala da su to vrlo ubrzane čestice koje dolaze iz pulsara srednje razine. Ali, nažalost, to nije dovoljno za objašnjenje uočenog viška pozitrona.
Iz nekog razloga, pri svakom mjerenju viška pozitrona, uz svako promatranje astrofizičkog izvora koji ga ne objašnjava, narativ se slijeva u "ne možemo ga objasniti, pa je tamna tvar kriva". A to je loše jer postoji mnogo mogućih astrofizičkih izvora koji ne zahtijevaju ništa egzotično, na primjer:
- sekundarna proizvodnja pozitrona i gama zraka drugim česticama, - mikrokvazari ili nešto drugo što hrani crne rupe, - vrlo mladi ili vrlo stari pulsari, magnetari, - ostaci supernove.
Ovaj popis nije konačan, ali nudi nekoliko primjera onoga što bi moglo stvoriti taj višak.
Mnogi ljudi koji rade na ovom polju odlučuju se za tamnu tvar jer bi to bio proboj ako tamna tvar uništi i stvori gama zrake i čestice obične tvari. Ovo bi bio scenarij iz snova za astrofizičare koji love lovce na tamnu materiju. Ali željno razmišljanje nikada nije dovelo do velikih otkrića. I dok se tamna tvar najčešće predstavlja kao objašnjenje viška pozitrona, to nije vjerojatnije od izvanzemaljaca koji objašnjavaju zvijezdu Tabby.
Nakon što je Brenda Dingus, glavnu istražiteljicu za HAWC, zatražio objašnjenje, Ethan Siegel dobio je sljedeći komentar:
“Nesumnjivo postoje drugi izvori pozitrona. No, pozitroni se ne udaljavaju od svojih izvora, a u blizini nema mnogo izvora. HAWC je otkrio dva najbolja kandidata i sada znamo broj pozitrona koji oni proizvode. Također znamo kako se ti pozitroni difundiraju iz svojih izvora; sporije nego što se očekivalo. Iako smo potvrdili izvore pozitrona u blizini, otkrili smo da se pozitroni vrlo sporo odmiču od svog mjesta porijekla, te stoga ne stvaraju višak pozitrona na Zemlji. Uklanjanjem jedne mogućnosti, druge mogućnosti činimo vjerojatnijima. Međutim, to ne znači da pozitroni MORAJU potjecati iz tamne tvari. Ne mislimo ozbiljno."
Izuzetno je to što pozitroni u podacima HAWC čine samo 1% pozitrona viđenih u drugim eksperimentima, što ukazuje na nešto drugo kao na heroja dana. Kada se izvrši promatranje koje se kosi s našim tradicionalnim idejama, kao s viškom astrofizičkih pozitrona, ne treba isključiti mogućnost uključivanja tamne tvari. No mnogo je vjerojatnije da drugi astrofizički procesi objašnjavaju ove učinke. Kad se misterij pojavi u znanosti, svi žele revoluciju, ali češće dobiju nešto obično.
Ilja Khel
