Fizičari su dugo pokušavali otključati tamnu tvar i dobiti stvarni pogled na misterioznu tvar koja čini četvrtinu svemira. Jedna ideja za ono što se krije ispod ogrtača nevidljivosti? Mnogo sitnih, neizrazitih čestica koje se ponašaju poput jedne gigantske čestice.
No, najnoviji lov na takve neizrazite, ultralagane čestice, objavljen 28. veljače u časopisu Cosmology and Astroparticle Physics, javio se praznih ruku.
Rezultati sugeriraju da ako se tamna tvar stvarno napravi od tih sitnih čestica, ona je neumoljiva kao što samo ime sugerira i jedva stupa u interakciju s običnom materijom.
Srce tame
Tamna materija jedna je od najbolje čuvanih tajni u svemiru. Stvari ne djeluju na način da djeluju sa svjetlošću, ali vrše gravitacijski zahvat na drugoj materiji. Iako čini oko četvrtine mase i energije u svemiru, znanstvenici ne mogu pronaći, pa čak ni shvatiti od čega je sačinjen.
Mnogi znanstvenici nagađaju da bi se tamna tvar mogla sastojati od slabo interaktivnih masivnih čestica, WIMP-a. No WIMP teorije donose se na nekoliko načina. Na primjer, te čestice trebale bi uzrokovati male strukture u mreži galaksija koje astronomi nisu vidjeli. Stoga umjesto toga neki znanstvenici traže tamnu materiju u drugom smjeru - prema ultralakim česticama.
Iako postoje mnoge ideje o tome što bi mogla biti tamna tvar, nijedna od njih nema mnogo potkrepljujućih dokaza, rekao je Sergej Troitsky, koautor rada i istraživač u Institutu za nuklearna istraživanja Ruske akademije znanosti. "Dakle, treba razmotriti, proučiti i isključiti sve mogućnosti jednu po jednu."
Neke teorije o ultralakoj svjetlosti, poznate i kao nejasna, tamna tvar, predlažu česticu koja je oko 10 ^ 28 puta lakša od elektrona. Ova „mutna“ tamna tvar tako je nazvana, jer njena mala masa znači da djeluje više poput zamrljane čestice sa zamagljenom granice nego val. Nova istraživanja testirala su način traženja tih vrsta čestica u svjetlu iz aktivnih galaksija.
Budući da tamna tvar čini tako velik dio svemira, ako je sastavljen od ultralakih čestica, mora ih biti puno. U stvari, toliko da bi postojali u jedinstvenom stanju, poput polja ili Bose-Einsteinova kondenzata - stanja u kojem se čestice, često na ultra-hladnim temperaturama, skupljaju i djeluju kohezivno kao jedno. Dok pojedinačne čestice tamne materije ne stupaju u interakciju sa svjetlošću - zbog čega su se znanstvenici borili da ih pronađu - na velikim skalama polje bi imalo primjetni učinak na polarizaciju ili orijentaciju svjetlosti dok se vrti kroz prostor. To bi se događalo dok gustoća polja redovito oscilira, što bi zapravo promijenilo način na koji je svjetlost putovala kroz regiju.
Teorija sugerira da se ovaj efekt može primijetiti u području tamne materije najmanje 325 svjetlosnih godina. Brzina oscilacije polja izravno ovisi o masi ultralakih čestica tamne materije, pa su vidjevši taj efekt znanstvenici nadali da bi mogli izmjeriti masu tamne materije.
Da bi u potrazi za promjenama polarizacije svjetlosti nastali zbog polja ultralake tamne materije, znanstvenici su pogledali arhivske podatke iz vrlo duge osnovne linije, radioteleskopa sastavljenog od 10 (82 metra) (25 metara) teleskopa, upravljanih iz Socorra, New Meksiko. Usredotočili su se na svjetlost iz srca 30 galaksija koje ispuštaju ogromne količine materije u mlazovima koji se mogu protezati stotinama svjetlosnih godina. Svjetlost ovih galaksija je visoko polarizirana i dobro je proučena, pa su dugoročni arhivski podaci o njima već bili dostupni.
"Često koristimo astrofizičke podatke iz objavljenih radova ili javno dostupnih baza podataka da bi ograničili svojstva elementarnih čestica", rekao je Troitsky za Live Science. "Ali ovaj put smo kontaktirali kolege radio-astronome i oni su kopali po vlastitim podacima, pažljivo birajući promatračke serije samo za naš zadatak."
Analizirajući dva desetljeća podataka, znanstvenici su otkrili puno oscilacija, ali ne i vrste koje su tražili. Aktivna galaktička jezgra često pulsiraju bez redovne frekvencije. Ali oscilacije iz ultralake tamne materije sve bi se događale s istim duljinom vremena između oscilacija.
Naposljetku, znanstvenici nisu primijetili nikakve znakove ultra svijetle tamne materije, barem na vrstama masa koje bi mogle objasniti nedostatak malih struktura koje se nalaze u mreži galaksija. Međutim, to ne znači da oni apsolutno ne postoje.
"Nema garancije da ima čestica tamne materije bilo koji interakcija s vidljivim svijetom osim gravitacije ", rekao je Troitsky." Bilo bi vrlo teško otkriti takvu česticu s nekom masom i nikakvom drugom interakcijom, mada je to doista jedna od najjednostavnijih opcija za objašnjenje tamne materije. "
Iako bi novo istraživanje moglo učiniti konvencionalnu ultra svjetlu tamnu materiju malo vjerojatnom, istraživači to nisu spremni isključiti.
"Jedino što sigurno znamo o tamnoj materiji je da ona leži izvan poznate fizike čestica", rekao je Rennan Barkana, astronom sa sveučilišta u Tel Avivu u Izraelu, koji nije bio uključen u studiju. "Dakle, dok ne budemo imali uvjerljive opažačke dokaze o prirodi tamne materije, trebali bismo biti oprezni u nagađanjima i nagađanjima ... i držati se otvorenog uma."
