Tamna materija, čini se da stvari, za koje se pretpostavlja da čine oko četvrtine svemira, uopće ne djeluju sa svjetlošću, mogu imati maleni električni naboj, prema novom istraživanju.
Do sada je tamna tvar znala biti prisutna samo gravitacijom, povlačenjem zvijezda i galaksija. Ali sada, astrofizičari Julian Muñoz i Abraham Loeb sa Sveučilišta Harvard sugeriraju da bi mali dio čestica tamne materije mogao imati maleni električni naboj - što znači da bi tamna tvar mogla komunicirati s normalnom materijom putem elektromagnetske sile.
Ako je istina, ova ideja ne bi predstavljala samo veliki korak u razumijevanju tamne materije, već bi objasnila i nedavnu misteriju koja zbunjuje kozmologe.
Radoznalo hlađenje
U veljači astronomi su najavili prvo otkrivanje neuhvatljivog signala vodikovog plina iz kozmičke zore, razdoblja oko 180 milijuna godina nakon Velikog praska kada su prve zvijezde počele blistati. U ovom trenutku, vodikov plin koji je lebdio između zvijezda bio je hladan - hladniji od kozmičke mikrovalne pozadine, ostatka zračenja iz Velikog praska koji okupa svemir.
Budući da je vodik hladniji od ovog svjetla, plin apsorbira zračenje - posebno, zračenje valne duljine 21 centimetar (8,3 inča). Mjereći apsorpciju zračenja vodikom, astronomi mogu bolje razumjeti kozmičku zoru, relativno nepoznato doba kozmičke povijesti. Pomoću radijske antene u Zapadnoj Australiji nazvane Eksperiment za otkrivanje globalne epohe reionizacijskog potpisa (EDGES), tim astronoma uspio je prvi put otkriti ovu apsorpciju.
"Ovo je, samo po sebi, nevjerojatno znanstveno otkriće", rekao je Muñoz za Live Science. Ali više od toga, dodao je, astronomi su otkrili da je dvostruko više fotona apsorbirano od vodika nego što se očekivalo. Da bi plin mogao apsorbirati toliko zračenja, morao bi biti još svježiji nego što su znanstvenici mislili.
Muñoz i Loeb predložili su da bi tamna tvar mogla biti krivac za radoznalo hlađenje. U radu objavljenom 30. svibnja u časopisu Nature, otkrili su da ako manje od 1 posto tamne materije ima oko milijun električnog naboja elektrona, tada bi ta neuhvatljiva tvar mogla povući toplinu iz vodika - slično kao kockice leda hlade vašu limunadu. "Ovdje je led mračna materija", rekao je Muñoz.
Njihova ideja nije potpuno nova. Prije desetljeća, fizičari su predložili da čestice tamne materije mogu imati električni naboj.
I to nije jedino objašnjenje za ovo hlađenje. U radu od 1. ožujka u časopisu Nature, Rennan Barkana, kozmolog sa Sveučilišta u Tel Avivu u Izraelu, predložio je da općenitiji oblik tamne materije, koji ne mora nužno imati naboj, može ohladiti normalnu materiju i objasniti podatke EDGES-a ,
Oba prijedloga tamne materije daju slična predviđanja, rekao je Barkana, koji nije sudjelovao u trenutnoj studiji.
"Ovo je vrijeme za oprezan optimizam i držanje otvorenog uma, kako radijskog promatranja, tako i interpretacije", rekla je Barkana za Live Science.
Deseci ideja
Tamna materija samo je jedna od desetaka ideja predloženih za objašnjenje anomalije. Na primjer, umjesto da plin bude hladniji, pozadinsko zračenje bi moglo biti toplije nego što se očekivalo, s nekim egzotičnim postupkom koji stvara više zračenja koje tek treba uzeti u obzir. Ili jednostavno mogu biti pogreške u analizi ili mjerenju.
Doista, opažanje EDGES-a prvo je takve vrste, i iako je tim proveo dvije godine provjeravajući i dvostruko provjeravajući analizu, istraživačima će trebati više podataka da potvrde zbunjujuće rezultate.
"Ako je EDGES točan, mislim da ne postoji konvencionalno objašnjenje", rekao je Steven Furlanetto, astrofizičar sa Kalifornijskog sveučilišta u Los Angelesu, koji nije bio uključen u studiju. "Stvarno trebate ići na jedan od tih nestandardnih fizičkih scenarija, i u tom slučaju mislim da je širom otvorena."
Muñoz je, međutim, djelomičan u objašnjenju tamne materije. "Ako je EDGES doista u pravu, čini se da je vrlo teško da ovo ne bude rezultat tamne materije", rekao je.
Nekoliko instrumenata diljem svijeta već se sprema za detaljnija zapažanja. Za razliku od EDGES-a, neki će eksperimenti, poput radio-teleskopa u Južnoj Africi, nazvanog Vodikova epoha reionizacijskog niza, moći izmjeriti kako apsorpcija varira u nebu. Ako je mali dio tamne materije električno nabijen kako kažu Muñoz i Loeb, tada će se stvoriti poseban uzorak u ovoj varijaciji - pružajući ključni test za električno nabijenu tamnu tvar.
