Marea majoritate a masei din universul nostru este invizibilă. Și de ceva timp, fizicienii încearcă să înțeleagă care este această masă evazivă. Dacă este alcătuit din particule, speranța este că Marele Colizor de Hadron poate produce o particulă de materie întunecată, sau telescopul spațial va vedea semnătura elocventă a razei gamma a unei coliziuni de materie întunecată. Până acum, nu există nimic. Această problemă îi determină pe fizicienii teoretici să ia în calcul idei noi.
În 2017, renumita fiziciană teoretică Lisa Randall a aruncat o privire într-una dintre cele mai incredibile posibilități ale materiei întunecate. Ipotetic, desigur. În loc să trateze materia întunecată ca un tip particular de particule, ea a presupus că materia întunecată poate fi formată dintr-o întreagă familie de particule care alcătuiesc stele întunecate, galaxii întunecate, planete întunecate și, eventual, viață întunecată. Chimia universului întunecat ar putea fi la fel de bogată și variată ca propria noastră „chimie obișnuită”.
Dar nu este atât de simplu.
Problema materiei întunecate
Universul nostru este un loc uimitor, deși de neînțeles.
În ultimele decenii, am realizat că 84,5% din materia din Univers nu poate fi văzută. Având în vedere porecla destul de penibilă „materie întunecată”, această substanță se află într-o stare în care nu interacționează cu materia „normală”. Ca și energia întunecată, aceste lucruri sunt „întunecate” pentru că nu le înțelegem.
Dacă acum există o bucată de materie întunecată pe biroul meu, nu voi ști niciodată despre asta. O bucată de materie întunecată în general, ca atare, nu poate sta pe biroul meu. Va cădea prin masă, iar podeaua și scoarța pământului se vor năpusti în fântâna gravitațională din miezul planetei noastre. Sau va dispărea în spațiu într-un mod de neînțeles. Materia întunecată interacționează atât de slab cu orice, încât această piesă va cădea pur și simplu prin materie obișnuită, de parcă nu ar exista.
Video promotional:
La scară mică, manifestarea gravitațională a materiei întunecate este neglijabilă, dar la distanțe cosmologice, prezența materiei întunecate este cu siguranță resimțită - poate fi observată indirect prin efectul său gravitațional asupra clusterelor galaxiei și efectul său asupra rotației galaxiilor. Știm că există, pur și simplu nu o vedem.
Și nu știm ce este. Putem doar ghici.
Materia obișnuită - aka materia baryonic - interacționează prin forțe electromagnetice, gravitaționale, puternice și slabe. Aceste forțe transferă energie și dau structură tuturor materiei. Pe de altă parte, materia întunecată este de obicei privită ca un nor amorf de „materie” care nu poate interacționa prin forțe electromagnetice, slabe sau puternice. Prin urmare, se presupune că materia întunecată este „non-baryonic”. Materia non-baronică își poate dezvălui prezența doar gravitațional.
Candidatul principal în căutarea materiei întunecate este WIMP, o particulă masivă care interacționează slab. După cum sugerează numele WIMP, această particulă ipotetică nu interacționează cu materia normală - deci nu este baryonic.
Modelele cosmologice consacrate prezic că materia întunecată - fie sub forma WIMP-urilor sau „axiunilor”, de exemplu - înzestra Universul nostru cu structură și este de obicei numită simplist „lipici” care ține Universul nostru în ansamblu.
Observând rotația galaxiilor, astronomul Vera Rubin a observat că cea mai mare parte a materiei din galaxii nu este observabilă. Doar un procent mic este vizibil - stele, gaz și praf; restul se ascunde într-un halo imens, dar invizibil, de materie întunecată. Este ca și cum galaxia noastră vizibilă a materiei obișnuite ar fi doar o capotă pe o roată uriașă de materie întunecată, care se extinde mult dincolo de ceea ce putem vedea.
Într-o lucrare publicată recent (2013), Randall și colegii ei au prezentat o formă mai complexă de materie întunecată. Potrivit acestora, halo-ul de materie întunecată al galaxiei noastre nu constă dintr-un singur tip de masă amorfă de materie non-baronică.
„Pare foarte ciudat să presupunem că toată materia întunecată este compusă dintr-un singur tip de particule”, scrie Randall. "Un om de știință imparțial nu ar trebui să permită materiei întunecate să fie la fel de diverse ca materia noastră normală."
Un bogat „univers din umbră”?
Așa cum universul nostru vizibil este guvernat de Modelul standard al fizicii - o familie bine testată de particule (incluzând infamul boson Higgs) și forțe, ar putea un model bogat și variat de particule și forțe de materie întunecată să funcționeze într-un halou galactic întunecat?
Această cercetare urmărește logica asumării unei varietăți bogate de fizici necunoscute în sectorul întunecat al universului - hai să-l numim „universul din umbră” - care se desfășoară paralel cu al nostru și are toate complexitățile pe care universul nostru vizibil le oferă.
Astrofizicienii au sugerat anterior că „stelele întunecate” - stele din materie întunecată - pot exista în universul nostru antic până în zilele noastre. Dacă da, argumentează Randall, poate s-ar putea forma „planete întunecate”. Și dacă există o familie de particule de materie întunecată controlate de forțele desfășurate în sectorul întunecat, acest lucru ar putea duce la o chimie complexă? Și la viață?
Cu toate acestea, dacă viața „întunecată” sau „umbră” există paralel cu universul nostru, puteți uita că putem detecta.
Viața de umbră va rămâne în umbră
Pare tentant să folosim această ipoteză pentru a explica toate misterele cotidiene, sau chiar afirmațiile paranormale, pe care știința nu le poate contesta sau susține. Ce se întâmplă dacă „fantome” sau „lumini inexplicabile pe cer” sunt anticii creaturilor întunecate care trăiesc în spatele tuturor?
În timp ce această logică ar fi bine pentru o emisiune TV sau un film, aceste creaturi întunecate ar trăi într-un univers umbrit care este complet incompatibil cu materia obișnuită. Particulele și forțele lor nu ar avea niciun efect în universul nostru. Puteți citi aceste rânduri așezate pe un butuc de copac într-o pădure întunecată și nu veți ști niciodată despre asta.
Dar, deoarece coexistăm cu acest univers umbră în același spațiu-timp - fără dimensiuni suplimentare sau multivers - un singur semnal nu poate fi transmis.
Valurile gravitaționale au fost descoperite abia în 2016, iar prima detectare a acestor onduleuri în spațiu a fost cauzată de coliziunea găurilor negre. Pare foarte posibil ca undele gravitaționale să poată fi detectate în sectorul întunecat, dar doar cele mai puternice evenimente cosmice din sectorul întunecat pot fi detectate la capătul sârmei noastre.
În total, aproape cu siguranță nu vom demonstra niciodată existența unor creaturi drăguțe de materie întunecată, dar Randall are un punct. Când avem în vedere sursa materiei întunecate, trebuie să privim dincolo de prejudecățile noastre; sectorul întunecat poate fi o familie complexă de particule și forțe de materie întunecată care sunt dincolo de ceea ce ne putem imagina.
Ilya Khel
