Egzotične teorije tamne materije. Ako ste ljubitelj svih najslađih stvari u svemiru, onda je ovaj članak za vas.
Većina sadržaja našeg svemira potpuno je nepoznata fizici. To je samo sirova činjenica na koju ćemo se svi morati naviknuti. Ako ste u iskušenju pomisliti da je to samo neka vrstakozmološka problem, problem koji se pojavljuje samo na najvećim mjerilima, pa onda imam loše vijesti za vas. Jedna od tih tajanstvenih komponenti kosmosa je - koliko možemo reći - oblik materije.
Ali ne bilo koji oblik materije, inače bismo ga već vidjeli. Ne, mislimo da je to neka vrstamrak važno; materija koja jednostavno ne djeluje na svjetlost. Nema emisije. Nema apsorpcije. Nema rasipanja. Ništa. A činjenica da tamna tvar postoji ne bi trebala bitida iznenađujuće, zar ne? Napokon tko je diktirao da sve u svemirumora komunicirati sa svjetlošću?
Nitko to nije učinio, i evo nas ovdje. Ako pogledate slučajnu galaksiju, stvari koje svijetle - zvijezde, maglice itd. - predstavljaju samo mali dio ukupne količine mase u toj galaksiji. Točan omjer između "normalne" materije i tamne stvari ovisi o puno čimbenika, poput povijesti formiranja galaksije. Ali općenito, što je galaksija manja, više njom dominira tamna tvar.
Najmanje galaksije, poznate kao patuljaste galaksije, mogle bi pružiti zgodan laboratorij za proučavanje tamne materije. U tim galaksijama tamna je materija slobodna raditi ono što tamna tvar čini bez ijedne te mučne materije koja djeluje na svjetlo da bi stvarno zakomplicirala stvari. Ako tamna tvar čini nešto čudno (dobro, čudnije od jednostavno postojećeg), poput interakcije sa sobom slabom nuklearnom silom ili se sastoji od više vrsta egzotičnih čestica, tada će se bilo kakvi efekti izraziti u patuljastoj galaksiji nego nešto poput mliječna staza.
Sve je to sjajno i dobro, osim malog upozorenja da se, dok se sva ta zanimljiva fizika odvija pod haubom, teško da bismo to vidjeli. Jer je mrak
Jedna stvar od mnogih stvari koje mi ne razumijemo u tamnoj materiji je kako se ponaša u jezgrama galaksija. Jednostavne simulacije evolucije galaksije predviđaju nešto što se naziva "gužva" - tvrdi orah nevjerojatno visoke gustoće koji sjedi u inače kremastom središtu galaksije. Ali zapažanja to ne daju: trebalo bi biti puno zvijezda koje prate gravitacijski utjecaj sve te tamne materije. A sigurno je da u centru galaksije ima puno zvijezda, ali nijeda puno.
Nešto mora zagladiti središnju tamnu tvar. To bi mogle biti egzotične interakcije u samoj tamnoj materiji. To bi mogli biti svjesniji uzroci poput vjetrova supernove koji pušu plin. Moglo bi biti i jedno ili drugo.
Astronomi su jako, jako zainteresirani za jezgre galaksija, a posebno patuljaste galaksije, jer tamo mogu potencijalno puno naučiti o tamnoj materiji. I usprkos njihovoj kompliciranoj, neurednoj fizici, još uvijek nam trebaju zvijezde i plin da bismo promatrali, ispitivali i proučavali patuljaste galaksije, nadajući se da ćemo moći pratiti ponašanje temeljne tamne materije. Ali patuljaste galaksije su daleko, nejasne i male - i još više njihove jezgre.
Kako bismo mogli zaviriti u njih?
Srećom, galaksije imaju više od zvjezdanih građana. Imaju i crne rupe. Ogromni supermasivni u svojim jezgrama i milijuni manjih plutaju unutar njih. A činjenica da se divovske crne rupe obično skupljaju u jezgrama svojih galaktika domaćina može biti korisna. Dakle, možda - radite sa mnom ovdje - kad bismo nekako mogli proučiti ponašanje crnih rupa unutar patuljastih galaksija, možda bismo dobili neke tragove o prirodi tamne materije.
Ali crne su rupe također crne i teško ih je vidjeti. I mali. I daleko. Srećom, ne moramo vidjeti crne rupe - možemo ih čuti.
Kad se crne rupe sudaraju, potresaju i iskrivljavaju tkaninu svemirskog vremena toliko da uzrokuju valove, poput valobrana koji se šire iz teškog kamena, bačenog u vodu. Ti se valovi gravitacije šire po svemiru brzinom svjetlosti, sve lagano se protežući i stišćući svaku intervenirajuću materiju dok se peru. U stvari, dok ovo čitate, vaše se tijelo vuče i pritišće poput komada kita iz bezbrojnih gravitacijskih valova koji prolaze kroz Zemlju.
Ove je gravitacijske valove teško prepoznati, zbog čega su prvi ljudi koji su ih izmjerili dobili nekoliko Nobelovih nagrada za svoje dugogodišnje napore da koriste interferirajuće zrake svjetla za snimanje suptilnog signala.
Ali naša tri opservatorija gravitacijskog vala na površini Zemlje ne mogu nam pomoći u rješavanju problema s crnom rupom, unutar patuljaka, galaksije, u istraživanju tamne materije. Te crne rupe - poznate kaocrne rupe sa srednjom masom - preniske su da bi se signal koji se može detektirati ovdje u Mliječnom putu kad se stapaju.
No, promatračnica gravitacijskog vala u svemiru mogla bi. Predložena misija LISA (koja se zalaže za, kao što ste mogli pretpostaviti, svemirska antena za laserski interferometar) mogla bi imati pravu osjetljivost da vidi signal spajanja crnih rupa srednje veličine, baš poput onih pronađenih u srcima patuljastih galaksija.
Prema novom radu koji su nedavno prihvatili Astrofizički časopis Letters pod vodstvom Tomasa Tomfalca sa Sveučilišta u Zürichu, različiti modeli tamne materije (i njezine moguće interakcije s normalnom vrstom materije koja voli svjetlost) mogu utjecati na to koliko često i koliko brzo crne se rupe u patuljastim galaksijama spajaju, što je nešto što LISA može izdvojiti.
To je zaobilazni put za razumijevanje tamne materije, ali u problemu koji je toliko dosadan, to je obećavajući.
Pročitajte još: "Stvaranje LISA binarnih crnih rupa u spajanju patuljaka Galaksije: otisak mračne materije"
