In anii 1930, un astronom elvetian pe nume Fritz Zwicky a observat ca galaxiile dintr-un cluster indepartat orbiteaza unele pe altele mult mai repede decat ar fi trebuit sa li se acorde cantitatea de masa vizibila pe care o aveau. El a propus decat o substanta nevazuta, pe care a numit-o materie intunecata, sa traga gravitational aceste galaxii.
De atunci, cercetatorii au confirmat ca acest material misterios poate fi gasit in intregul cosmos si ca este de sase ori mai abundent decat materia normala care alcatuieste lucruri obisnuite precum stelele si oamenii. Cu toate acestea, in ciuda faptului ca vad materie intunecata in tot universul, oamenii de stiinta inca se scarpina peste ea. Iata cele mai mari 11 intrebari fara raspuns despre materia intunecata.
Ce este materia intunecata?
In primul rand, si poate cel mai surprinzator, cercetatorii raman nesiguri despre ce este exact materia intunecata. Initial, unii oameni de stiinta au presupus ca masa lipsa din univers era alcatuita din stele mici si gauri negre, desi observatiile detaliate nu au descoperit suficient de multe astfel de obiecte pentru a explica influenta materiei intunecate, a spus fizicianul Don Lincoln de la Departamentul de Studii al SUA. Fermilab de la Energy a scris anterior pentru Live Science. Actualul concurent principal pentru mantaua materiei intunecate este o particula ipotetica numita Particula Masiva cu Interactiune Slaba, sau WIMP, care s-ar comporta ca un neutron, cu exceptia faptului ca ar fi intre 10 si 100 de ori mai grea decat un proton, asa cum a scris Lincoln. Cu toate acestea, aceasta presupunere a condus doar la mai multe intrebari – de exemplu…
Putem detecta materia intunecata?
Daca materia intunecata este facuta din WIMP, acestea ar trebui sa fie peste tot in jurul nostru, invizibile si abia detectabile. Deci de ce nu am gasit inca niciunul? Desi nu ar interactiona foarte mult cu materia obisnuita, exista intotdeauna o mica sansa ca o particula de materie intunecata sa poata lovi o particula normala, cum ar fi un proton sau un electron, in timp ce calatoreste prin spatiu. Asadar, cercetatorii au construit experiment dupa experiment pentru a studia un numar mare de particule obisnuite in adancimea subteranului, unde sunt protejate de radiatiile interferente care ar putea imita o coliziune intre materie intunecata si particule. Problema? Dupa decenii de cautari, niciunul dintre acesti detectoare nu a facut o descoperire credibila. La inceputul acestui an, experimentul chinez PandaX a raportat cea mai recenta nedetectare WIMP. Se pare ca particulele de materie intunecata sunt mult mai mici decat WIMP-urile sau nu au proprietatile care le-ar face usor de studiat, a declarat la vremea respectiva fizicianul Hai-Bo Yu de la Universitatea din California, Riverside.
Materia intunecata este formata din mai mult de o particula?
Materia obisnuita este formata din particule de zi cu zi precum protoni si electroni, precum si o intreaga gradina zoologica de particule mai exotice precum neutrini, muoni si pioni. Asadar, unii cercetatori s-au intrebat daca materia intunecata, care reprezinta 85% din materia din univers, ar putea fi si ea la fel de complicata. „Nu exista niciun motiv intemeiat sa presupunem ca toata materia intunecata din univers este construita dintr-un singur tip de particule”, a declarat fizicianul Andrey Katz de la Universitatea Harvard pentru Space.com, site-ul partener al Live Science. Protonii intunecati s-ar putea combina cu electronii intunecati pentru a forma atomi intunecati, producand configuratii la fel de diverse si interesante ca cele gasite in lumea vizibila, a spus Katz. In timp ce astfel de propuneri au fost din ce in ce mai mult imaginate in laboratoarele de fizica, descoperirea unei modalitati de a le confirma sau de a le infirma pana acum a eludat oamenii de stiinta. [Quarci si muoni ciudati, oh! Cele mai mici particule din natura disecate]
Exista forte intunecate?
Alaturi de particule suplimentare de materie intunecata, exista posibilitatea ca materia intunecata sa experimenteze forte analoge cu cele resimtite de materia obisnuita. Unii cercetatori au cautat „fotoni intunecati”, care ar fi ca fotonii schimbati intre particule normale care dau nastere la forta electromagnetica, cu exceptia faptului ca ar fi resimtiti doar de particulele de materie intunecata. Fizicienii din Italia se pregatesc sa sparga un fascicul de electroni si antiparticulele lor, cunoscute sub numele de pozitroni, intr-un diamant, dupa cum a raportat anterior Live Science. Daca fotonii intunecati exista, perechile electron-pozitron ar putea anihila si produce una dintre particulele ciudate purtatoare de forta, deschizand potential un sector nou-nout al universului.
Ar putea materia intunecata sa fie facuta din axioni?
Pe masura ce fizicienii se indragostesc din ce in ce mai mult de WIMP, alte particule de materie intunecata incep sa castige favoarea. Una dintre principalele inlocuiri este o particula ipotetica cunoscuta sub numele de axion, care ar fi extrem de usoara, poate chiar de 10 ridicata la puterea a 31-a, mai putin masiva decat un proton. Axionii sunt acum cautati in cateva experimente. Simularile recente pe computer au scos in evidenta posibilitatea ca acesti axioni sa formeze obiecte asemanatoare stelelor, care ar putea produce radiatii detectabile care ar fi destul de asemanatoare cu fenomenele misterioase cunoscute sub numele de explozii radio rapide, asa cum a raportat anterior Live Science.
Care sunt proprietatile materiei intunecate?
Astronomii au descoperit materia intunecata prin interactiunile gravitationale cu materia obisnuita, sugerand ca acesta este principalul mod de a-si face cunoscuta prezenta in univers. Dar atunci cand incearca sa inteleaga adevarata natura a materiei intunecate, cercetatorii au remarcabil de putine lucruri de facut. Potrivit unor teorii, particulele de materie intunecata ar trebui sa fie propriile lor antiparticule, ceea ce inseamna ca doua particule de materie intunecata s-ar anihila una cu cealalta atunci cand se intalnesc. Experimentul Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) de pe Statia Spatiala Internationala a cautat semnele revelatoare ale acestei anihilari din 2011 si a detectat deja sute de mii de evenimente. Oamenii de stiinta inca nu sunt siguri daca acestea provin din materia intunecata, iar semnalul inca nu ii ajuta sa stabileasca exact ce este materia intunecata.
Exista materia intunecata in fiecare galaxie?
Deoarece depaseste atat de mult materia obisnuita, se spune adesea ca materia intunecata este forta de control care organizeaza structuri mari, cum ar fi galaxiile si clusterele galactice. Deci, a fost ciudat cand, la inceputul acestui an, astronomii au anuntat ca au gasit o galaxie numita NGC 1052-DF2 care parea sa nu contina aproape deloc materie intunecata. „Materia intunecata aparent nu este o cerinta pentru formarea unei galaxii”, a declarat Pieter van Dokkum de la Universitatea Yale pentru Space.com la acea vreme. Cu toate acestea, in timpul verii, o echipa separata a postat o analiza care sugereaza ca echipa lui van Dokkum a masurat gresit distanta pana la galaxie, ceea ce inseamna ca materia sa vizibila era mult mai slaba si mai usoara decat primele descoperiri si ca mai mult din masa sa se afla in materia intunecata decat era. sugerat anterior.
Ce e cu rezultatele DAMA/LIBRA?
Un mister de lunga durata in fizica particulelor sunt rezultatele uluitoare ale unui experiment european cunoscut sub numele de DAMA/LIBRA. Acest detector – situat intr-o mina subterana de sub muntele Gran Sasso din Italia – a cautat o oscilatie periodica a particulelor de materie intunecata. Aceasta oscilatie ar trebui sa apara pe masura ce Pamantul se misca pe orbita sa in jurul soarelui in timp ce zboara prin fluxul galactic de materie intunecata care inconjoara sistemul nostru solar, numit uneori vant de materie intunecata. Din 1997, DAMA/LIBRA a pretins ca a vazut exact acest semnal, desi niciun alt experiment nu a vazut asa ceva.
Ar putea materia intunecata sa aiba o sarcina electrica?
Un semnal de la inceputul timpului i-a determinat pe unii fizicieni sa sugereze ca materia intunecata ar putea avea o sarcina electrica. Radiatia cu o lungime de unda de 21 de centimetri a fost emisa de stele in perioada incipienta a universului, la doar 180 de milioane de ani dupa Big Bang. Apoi a fost absorbit de hidrogenul rece care era in jur in acelasi timp. Cand aceasta radiatie a fost detectata in februarie a acestui an, semnatura ei a sugerat ca hidrogenul era mult mai rece decat au prezis oamenii de stiinta. Astrofizicianul Julian Munoz de la Universitatea Harvard a emis ipoteza ca materia intunecata cu o sarcina electrica ar fi putut atrage caldura din hidrogenul omniprezent, un fel de cuburi de gheata care plutesc in limonada, asa cum a spus el pentru Live Science la acea vreme. Dar presupunerea nu a fost inca confirmata.
Pot particulele obisnuite sa se descompuna in materie intunecata?
Neutronii sunt particule obisnuite de materie cu o durata de viata limitata. Dupa aproximativ 14,5 minute, un neutron singur dezamagit de un atom se va descompune intr-un proton, un electron si un neutrin. Dar doua configuratii experimentale diferite dau durate de viata usor diferite pentru aceasta dezintegrare, cu discrepanta dintre ele de aproximativ 9 secunde, conform experimentelor citate intr-un studiu din iulie in jurnalul Physical Review Letters. La inceputul acestui an, fizicienii au sugerat ca, daca 1% din timp, unii neutroni se descompun in particule de materie intunecata, aceasta ar putea explica aceasta anomalie. Christopher Morris de la Laboratorul National Los Alamos, din New Mexico, si echipa sa au monitorizat neutronii pentru un semnal care ar putea fi materie intunecata, dar nu au putut detecta nimic. Ei au sugerat ca alte scenarii de degradare ar putea fi inca posibile, potrivit studiului.
Exista cu adevarat materia intunecata?
Avand in vedere dificultatile cu care s-au confruntat oamenii de stiinta incercand sa detecteze si sa explice materia intunecata, un interlocutor rezonabil s-ar putea intreba daca au gresit. Timp de multi ani, o minoritate vocala de fizicieni a promovat ideea ca poate ca teoriile noastre despre gravitatie sunt pur si simplu incorecte si ca forta fundamentala functioneaza diferit la scara mare decat ne asteptam. Adesea cunoscute sub numele de „dinamica newtoniana modificata” sau modele MOND, aceste sugestii presupun ca nu exista materie intunecata, iar vitezele ultrarapide la care se vad stelele si galaxiile rotindu-se una in jurul celeilalte este o consecinta a comportarii gravitatiei in moduri surprinzatoare. „Materia intunecata este inca un model neconfirmat”, a scris fizicianul Don Lincoln intr-un explicator pentru Live Science. Cu toate acestea, detractorii inca nu au convins domeniul mai larg de ideile lor. Si cele mai recente dovezi? De asemenea, sugereaza ca materia intunecata este reala.
