Cu toată înțelegerea noastră legilor fizicii și succesul modelului standard și al relativității generale, există un număr de fenomene observabile în Univers care nu pot fi explicate. Universul este plin de mistere, de la formarea stelelor până la razele cosmice de mare energie. Deși descoperim treptat spațiu pentru noi înșine, încă nu știm totul. De exemplu, știm că materia întunecată există, dar nu știm care sunt proprietățile ei. Aceasta înseamnă că ar trebui să atribuim toate efectele necunoscute manifestărilor materiei întunecate?
Există tot atâtea mistere despre materia întunecată pe cât există dovezi ale existenței ei. Dar a da vina pe materia întunecată pentru toate manifestările misterioase ale spațiului nu este doar miop, ci și greșit. Așa se întâmplă atunci când oamenii de știință rămân fără idei bune.
Două galaxii mari și luminoase din centrul Clusterului Coma, fiecare având o dimensiune de peste un milion de ani lumină. Galaxiile de la periferie indică existența unui halou mare de materie întunecată în întregul cluster.
Materia întunecată se găsește peste tot în Univers. A fost consultat pentru prima dată în anii 1930 pentru a explica mișcarea rapidă a galaxiilor individuale din grupurile de galaxii. Acest lucru se datorează faptului că toată materia obișnuită - materia alcătuită din protoni, neutroni și electroni - nu este suficientă pentru a explica cantitatea totală de gravitație. Aceasta include stele, planete, gaze, praf, plasă interstelară și intergalactică, găuri negre și orice altceva putem măsura. Liniile de dovezi care susțin materia întunecată sunt numeroase și convingătoare, după cum a remarcat fizicianul Ethan Siegel.
Este necesară materia întunecată pentru a explica:
- proprietățile de rotație ale galaxiilor individuale, - formarea de galaxii de diferite dimensiuni, de la eliptice gigantice la - galaxii de dimensiunea Căii Lactee și galaxii pitice mici de lângă noi, Video promotional:
- interacțiuni între perechi de galaxii, - proprietățile grupurilor de galaxii și ale grupurilor de galaxii pe scară largă, - rețea spațială, inclusiv structura sa filamentoasă;
- spectrul fluctuațiilor fundalului cosmic cu microunde;
- efectele observate ale lentilelor gravitaționale ale maselor îndepărtate, - separarea observată între efectele gravitației și prezența materiei obișnuite în coliziunile grupurilor galactice.
Atât pe o scară mică de galaxii individuale, cât și pe o scară a întregului Univers, este nevoie de materie întunecată.
Punând toate acestea în contextul restului cosmologiei, credem că fiecare galaxie, inclusiv a noastră, conține un halo masiv și difuz de materie întunecată care o înconjoară. Spre deosebire de stelele, gazul și praful din galaxia noastră, care se află în cea mai mare parte pe disc, haloul de materie întunecată ar trebui să fie sferic deoarece, spre deosebire de materia obișnuită (bazată pe atomi), materia întunecată nu se „aplatizează” atunci când o strângeți … De asemenea, materia întunecată ar trebui să fie mai densă în apropierea centrului galactic și să se extindă de zece ori mai departe decât stelele galaxiei în sine. În cele din urmă, ar trebui să existe mici bucăți de materie întunecată în fiecare halou.
Pentru a reproduce setul complet de observații enumerate mai sus, precum și altele, materia întunecată nu ar trebui să aibă alte proprietăți decât următoarele: ar trebui să aibă o masă; trebuie să interacționeze gravitațional; trebuie să se miște încet în raport cu viteza luminii; nu ar trebui să interacționeze puternic prin alte forțe. Toate. Orice alte interacțiuni sunt foarte limitate, dar nu sunt excluse.
De ce, atunci, ori de câte ori se efectuează o observație astrofizică cu un exces de particulă obișnuită de un anumit tip - fotoni, pozitroni, antiprotoni - oamenii vorbesc în primul rând despre materia întunecată?
La începutul acestei săptămâni, o echipă de oameni de știință care studiază sursele de radiații gamma din jurul pulsarilor și-au publicat descoperirile în Science. În munca lor, au încercat să înțeleagă mai bine de unde provine excesul de pozitroni pe care i-am observat. Pozitronii, antipodii electronilor, se nasc de obicei în mai multe moduri: atunci când particulele obișnuite sunt accelerate la energii suficient de mari, când se ciocnesc cu alte particule de materie și cu producerea de perechi electron-pozitroni conform formulei Einstein E = mc2 Creăm astfel de perechi pe parcursul experimentelor fizice și putem observa crearea unui pozitron astrofizic, atât direct, în căutarea razelor cosmice, cât și indirect, în căutarea semnăturii energetice a anihilării electron-pozitroni.
Aceste semnături astrofizice de pozitroni apar în apropierea centrului galactic, vizând surse punctuale precum microquasarii și pulsarii situați într-o regiune misterioasă a galaxiei noastre cunoscută sub numele de Marele Anihilator și într-o porțiune a unui fundal difuz a cărui origine este necunoscută. Un lucru este sigur: vedem mai mulți pozitroni decât ne așteptăm să vedem. Și acest lucru se știe de mult timp. PAMELA l-a măsurat, Fermi l-a măsurat, AMS la bordul ISS l-a măsurat. Mai recent, observatorul HAWC a măsurat raze gamma extrem de ridicate de energie, la nivel TeV și a arătat că sunt particule foarte accelerate provenind de la pulsarii de nivel mediu. Dar, din păcate, acest lucru nu este suficient pentru a explica excesul observat de pozitroni.
Din anumite motive, cu fiecare măsurare a excesului de pozitroni, cu fiecare observare a unei surse astrofizice care nu o explică, narațiunea curge în „nu o putem explica, deci materia întunecată este de vină”. Și acest lucru este rău, deoarece există multe surse astrofizice posibile care nu necesită nimic exotic, de exemplu:
- producția secundară de pozitroni și raze gamma de către alte particule, - microquasarii sau altceva care alimentează găuri negre, - pulsari, magnetari foarte tineri sau foarte bătrâni, - resturi de supernova.
Această listă nu este definitivă, dar oferă câteva exemple de ceea ce ar putea crea acest surplus.
Mulți oameni care lucrează în acest domeniu optează pentru materia întunecată, deoarece ar fi un progres dacă materia întunecată distruge și produce raze gamma și particule de materie obișnuită. Acesta ar fi un scenariu de vis pentru vânătorii de astrofizicieni pentru materia întunecată. Dar gândirea doritoare nu a dus niciodată la descoperiri majore. Și, deși materia întunecată este prezentată cel mai adesea ca o explicație pentru surplusul de pozitroni, nu este mai probabil decât extratereștrii care explică steaua Tabby.
După ce i-a cerut explicații lui Brenda Dingus, investigator principal pentru HAWC, Ethan Siegel a primit următorul comentariu:
„Există, fără îndoială, alte surse de pozitroni. Dar pozitronii nu se îndepărtează de sursele lor și nu există prea multe surse în apropiere. Cei mai buni doi candidați au fost descoperiți de HAWC și știm acum numărul de pozitroni pe care îl produc. Știm, de asemenea, modul în care acești pozitroni se difuzează de sursele lor; mai lent decât se aștepta. Deși am confirmat sursele pozitronilor din apropiere, am descoperit că pozitronii se îndepărtează foarte lent de locul lor de origine și, prin urmare, nu creează un exces de pozitroni pe Pământ. Eliminând o posibilitate, facem alte posibilități mai probabile. Cu toate acestea, acest lucru nu înseamnă că pozitronii TREBUIE să provină din materia întunecată. Nu vrem să spunem asta.
În mod remarcabil, pozitronii din datele HAWC reprezintă doar 1% din pozitronii observați în alte experimente, indicând altceva ca fiind eroul zilei. Când se face o observație care este în contradicție cu ideile noastre tradiționale, ca și în cazul unui surplus de pozitroni astrofizici, nu ar trebui să se excludă faptul că poate fi implicată materia întunecată. Dar este mult mai probabil ca alte procese astrofizice să explice aceste efecte. Când apare un mister în știință, toată lumea vrea o revoluție, dar de cele mai multe ori obține ceva obișnuit.
Ilya Khel
