În anii 1930, un astronom elvețian pe nume Fritz Zwicky, a observat că galaxiile dintr-un roi îndepărtat, se roteau una în jurul alteia mult mai repede decât le-ar putea permite masa vizibilă pe care o aveau.
El a propus existenţa unei substanțe nevăzute, pe care el a numit-o materie întunecată, ce putea gravitațional să atragă aceste galaxii.
De atunci, cercetătorii au confirmat că acest material misterios poate fi găsit în întreg cosmosul şi el este de şase ori mai abundent decât materia obișnuită, ce formează lucrurile din jurul nostru şi pe noi înșine.
Cu toate acestea, în ciuda faptului că efectele materiei întunecate pot fi văzute peste tot în univers, oamenii de știință încă se zbat să înțeleagă natura ei.
Iată 11 cele mai mari întrebări rămase fără răspuns despre materia întunecată.
Ce este materia întunecată?
Primul, şi probabil cel mai perplex, este faptul că oamenii de știință nu știu ce exact reprezintă materia întunecată.
Iniţial, unii oameni de știință au presupus că masa care lipsește din univers este formată din stele slabe şi găuri negre.
Totuşi, observațiile detailate nu au identificat suficiente obiecte de acest fel pentru a explica influenţa materiei întunecate.
Actualul candidat principal pentru explicarea materiei întunecate, este o particulă ipotetică numită WIMP sau Weakly Interacting Massive Particle (particulă masivă cu interacțiune slabă), ce se poate comporta ca un neutron, cu excepția că ea ar fi de la 10 până la 100 de ori mai grea decât un proton.
Vedeți și: Un “uragan de materie întunecată” e în curs să învăluie Pământul, susțin unele publicații
Cu toate acestea, ipoteza a ridicat mai multe întrebări — de exemplu…
Putem noi detecta materia întunecată?
Dacă materia întunecată este făcută din WIMP-uri, acestea ar trebui să fie peste tot în jurul nostru, invizibile şi abia detectabile.
Atunci de ce noi până acum nu am detectat nici una?
Deși ele nu interacționează prea mult cu materia obișnuită, există întotdeauna o mică șansă că, în timp ce se deplasează prin spațiu, o particulă de materie întunecată să lovească una normala, aşa precum protonul sau electronul.
Vedeți și: Protonii conțin de 10 ori mai multă presiune decât o stea neutronică
Aşa dar, cercetătorii au efectuat experiment după experiment pentru a studia un număr mare de particule obișnuite adânc sub pământ, unde ele sunt ferite de acțiunea interferenţei radiațiilor ce pot imita o coliziune cu materia întunecată.
Problema? După zeci de ani de căutare, nici unul din acești detectori nu a făcut o descoperire credibilă.
La începutul acestui an, experimentul chinezesc PandaX a raportat cea mai recentă nedetectare WIMP.
Se pare că particulele de materie întunecată sunt mult mai mici decât WIMP-urile sau lor le lipsesc proprietățile ce le-ar face ușor de studiat, a declarat la acel timp pentru LiveScience (en), fizicianul Hai-Bo Yu de la Universitatea din California.
Este oare materia întunecată compusă din mai mult decât o particulă?
Materia obișnuită este formată din particule comune aşa ca protonii şi electronii, de rând cu o grădină zoologică întreagă de particule mai exotice precum neutrinos, muoni şi pioni.
Așadar, unii cercetători s-au întrebat dacă materia întunecată, ce constituie 85 la sută din toată materia din univers, ar putea fi la fel de complicată.
„Nu există nici un motiv convingător ce ne-ar face să presupunem că toată materia întunecată din univers este compusă dintr-un singur tip de particule”, a declarat fizicianul Andrey Katz (en) de la Universitatea Harvard.
Protonii întunecați s-ar putea combina cu electronii întunecați pentru a forma atomi întunecați, producând configurații la fel de diverse şi interesante ca cele pe care le avem în lumea vizibilă, a spus Katz.
Deși, astfel de sugestii au fost testate în laboratoarele de fizică, oamenilor de știință nu le-a reușit deocamdată să le confirme sau să le nege.
Există oare forțele întunecate?
De rând cu particulele suplimentare de materie întunecată, există posibilitatea ca materia întunecată să suporte forțe analoage cu cele resimțite de materia obișnuită.
Unii cercetători au căutat „fotoni întunecați”, care pot fi ca şi fotonii schimbați între particulele normale ce dau naștere forței electromagnetice, cu excepția faptului că ele ar fi resimțite doar de particulele de materie întunecată.
Fizicienii din Italia iniţiază (en) să lovească un fascicul de electroni şi antiparticulele lor, cunoscute ca pozitroni, de un diamant.
Vedeți și: Cel mai mare spărgător de atomi posibil tocmai a găsit dovezi de ce Universul nostru există
Dacă fotonii întunecați există, perechile electron-pozitron ar putea anihila şi produce una dintre particulele ciudate ce transportă forța, potențial deschizând un nou sector al universului.
Ar putea materia întunecată să fi compusă din axioni?
Pe măsură ce fizicienii se îndrăgostesc din ce în ce mai mult de WIMP-uri, alte particule de materie întunecată încep să câștige favoare.
Unul din înlocuitorii principali este particula ipotetică cunoscută sub numele de axon, care este este extrem de ușoară, posibil cu 10 la puterea 31 mai puţin masivă ca protonul.
Acum, căutarea axionilor are loc prin intermediul mai multor experimente.
Simulările computerizate recente, au crescut probabilitatea că acești axioni pot forma obiecte asemănătoare stelelor, ceea ce ar putea produce radiaţii detectabile (en), care la rândul lor pot fi destul de asemănătoare cu fenomenele misterioase cunoscute sub numele explozii radio rapide.
Vedeţi şi: Numărul misterioaselor explozii rapide de unde radio detectate aproape a fost dublat
Care sunt proprietățile materiei întunecate?
Astronomii au descoperit materia întunecată datorită interacțiunii ei gravitaționale cu materia obişnuită, sugerând că acesta este principalul său mod de a-şi face cunoscută prezenţa în univers.
Însă, atunci când se încearcă să se înțeleagă adevărata natură a materiei întunecate, cercetătorii avansează foarte încet.
Vedeți și: Un tip straniu de materie ar putea fi ascuns în interiorul stelelor neutronice
Conform unor teorii, particulele de materie întunecată ar trebui să fie propriile lor antiparticule, ceea ce înseamnă că două particule de materie întunecată s-ar anihila între ele atunci când se vor întâlni.
Experimentul Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), efectuat pe Stația Spatială Internaţională, caută semne evidente al acestei anihilări începând din anul 2011 şi a detectat deja sute de mii de evenimente.
Oamenii de știință încă nu sunt siguri dacă ele provin de la materia întunecată, iar semnalul nu a reușit să-i ajute să identifice exact ce reprezintă materia întunecată.
Există oare materie întunecată în toate galaxiile?
Deoarece ea depășește într-atât de mult materia obișnuită, se spunea adesea că materia întunecată ar fi forța de control ce organizează structuri mari, cum ar fi galaxiile şi roiurile galactice.
Deci, a fost destul de straniu atunci când astronomii au anunţat că au găsit o galaxie numită NGC-DF2 (en), ce se pare nu conține aproape deloc materie întunecată.
După toate, materia întunecată nu este o cerință obligatorie pentru formarea unei galaxii, a spus pentru Space.com la acea vreme (en), Pieter van Dokkum, de la Universitatea Yale.
Vedeți și: Recent astronomii au descoperit 300 000 de galaxii noi doar pe o porțiune mică pe cer
Cu toate acestea, o echipă separată a postat o analiză ce sugerează că echipa lui van Dokkum a măsurat greșit distanţa până la galaxie, ceea ce înseamnă că materia vizibilă a fost mult mai vagă şi ușoară la primele descoperiri şi că era mai multă materie neagră în masa ei decât se sugera anterior.
Ce s-a întâmplat cu rezultatele DAMA/LIBRA?
Un mister de mult timp prezent în fizica particulelor, sunt rezultatele ciudate ale unui experiment european cunoscut sub denumirea de DAMA/LIBRA.
Acest detector — situat într-o mină subterană din Italia numită Gran Sasso — căuta o oscilație periodică în materia întunecată.
Această oscilație ar trebui să apară, pe măsură ce Pământul se mișcă pe orbita sa în jurul soarelui şi zboară prin fluxul galactic de materie întunecată din jurul sistemului solar, numit uneori vântul materiei întunecate.
Vedeți și: Misterioasa “Planeta Nouă” ar putea fi cauza oscilării întregului nostru sistem solar
Încă din 1997, DAMA/LIBRA a pretins că a văzut exact acest semnal (en), deși nici un alt experiment nu a observat ceva de genul acesta.
Poate materia întunecată să posede o sarcină electrică?
Un semnal de la începutul timpului, i-a determinat pe unii fizicieni să sugereze că materia întunecată ar putea avea o sarcină electrică.
Radiația cu o lungime de undă de 21 de centimetri a fost emisă de stele la etapa timpurie a universului, la doar 180 de milioane de ani după Big Bang.
Ea a fost absorbită de hidrogenul rece ce era la acest moment acolo.
Când această radiație a fost detectată, semnătura sa sugera că hidrogenul a fost mult mai rece decât au prevăzut oamenii de ştiinţă.
Astrofizicianul, Julian Muñoz, de la Universitatea Harvard, a emis ipoteza (en) potrivit căreia materia întunecată, cu sarcină electrică, ar fi putut atras căldura de la hidrogenul omniprezent, ceva similar cu cuburile de gheaţă ce plutesc în limonadă.
Dar ipoteza dată trebuie confirmată.
Pot particulele obișnuite să se descompună în materie întunecată?
Neuronii sunt particule obișnuite de materie, cu o durată de viaţă limitată.
După aproximativ 14,5 minute, un singur neutron neorientat dintr-un atom se va descompune într-un proton, un electron şi un neutrin.
Dar două setări experimentale aparte, au dat în rezultat o durată a descompunerii ușor diferită, cu discrepanţa dintre ele de aproximativ 9 secunde, potrivit studiului din revista Physical Review Letters.
La începutul anului trecut (2018), fizicienii au sugerat că, dacă 1 la sută din timp, unii neutroni se descompun în particule de materie întunecată, aceasta ar putea explica această anomalie.
Christopher Morris de la Laboratorul Naţional Los Alamos din New Mexico şi echipa sa, au monitorizat neutronii pentru a detecta un semnal ce ar putea fi materie întunecată, dar nu au putut găsi nimic.
Ei au sugerat că alte scenarii ale descompunerii ar putea fi încă posibile, potrivit studiului.
Există de fapt materia întunecată?
Având în vedere dificultățile cu care oamenii de știință s-au confruntat încercând să detecteze şi să explice materia întunecată, o întrebare rezonabilă ar fi dacă nu cumva ei au luat o cale greșită.
Timp de mulţi ani, o răsunătoare minoritate de fizicieni a promovat ideea că, probabil, teoriile noastre despre gravitație sunt pur şi simplu incorecte şi forţa fundamentală funcționează diferit decât ne așteptăm la scară mare.
Vedeți și: 18 Cele mai mari întrebări şi fenomene din fizică rămase nesoluționate
Adesea cunoscute sub denumirea de „dinamica newtoniană modificată” sau modele MOND, aceste sugestii presupun că nu există materie întunecată, iar viteza ultrarapidă la care stelele ş galaxiile sunt văzute rotindu-se una jurul alteia este o consecință a gravitației ce se comportă în moduri surprinzătoare.
„Materia întunecată este încă un model neconfirmat”, scrie fizicianul Don Lincoln pentru LiveScience (en).
Cu toate acestea, detractorii nu au reuşit să convingă domeniul larg al ideilor lor.
Şi ultimele dovezi? De asemenea, sugerează că materia întunecată este reală (en).
Lasă un răspuns