10 întrebări majore despre materia întunecată

În deceniul al treilea al secolului trecut, astronomul Fritz Zwicky a realizat o serie de observaţii şi a ajuns la concluzia că galaxiile îndepărtate pe care le observa se mişcau mult prea rapid faţă de viteza pe care ar fi trebuit să o aibă în conformitate cu modelele teoretice folosite pentru a înţelege evoluţia galaxiilor. Pentru a restabili conformitatea modelelor teoretice cu realitatea, acesta a propus existenţa unei substanţe care nu poate fi observată cu mijloacele convenţionale. 

Această substanţă necunoscută, care a fost numită materie întunecată, a devenit domeniul de studiu al multor oameni de ştiinţă. Studiile şi observaţiile au relevat faptul că că această materie întunecată se găseşte într-o cantitate de şase ori mai mare faţă de materia obişnuită din care suntem făcuţi noi şi tot ceea ce vedem. Dat fiind faptul că materia întunecată este un domeniu de graniţă, aflat între teoriile care au fost confirmate de multiple experiemente şi observaţii, şi necunscut, aproape de fantezie; conduce spre situaţia în care orice descoperire dă naştere mai multor întrebări. Live Science a realizat o listă cu 10 dintre aceste întrebări rămase fără răspuns.

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

1. Ce este materia întunecată? 

Ceea ce poate părea surpinzător este faptul că oamenii de ştiinţă care se ocupă de studierea materiei întunecate nu ştiu exact ce studiază. Una dintre teoriile iniţiale folosită pentru a explica masa care nu putea fi identificată postula că aceasta se afla în stelele pe care nu le putea identifica şi găurile negre; studiile au demostrat că masa acestor obiect tot nu era de ajuns pentru a explica efectele gravitaţionale observate.

În prezent, teoria care se bucură de un sprijin larg în comunitatea ştiinţifică este aceea conform căreie materia întunecată este formată din particule ipotetice numite „particule masive care interacţionează slab (Weakly Interacting Massive Particle (WIMP) . Aceste particule ar fi neutre din punct de vedere electric, într-un mod asemănător neutronilor, dar ar avea o masă mai mare decât cea a protonilor.

2. Putem detecta materia întunecată?

Pentru a studia nişte particule ipotetice pare a fi o idee bună să construieşti diferite dispozitive care să demonstreze sau să infirme existenţa acestora. Din păcate, materia întunecată pare a nu interacţiona cu materia obişnuită într-un mod cu care cercetătorii sunt familiari.

De-a lungul timpului au avut loc o multitudine de experimente şi au fost construite instalaţii care să identifice materia întunecată, din păcate, indiferent de timpul sau de celelalte resurse investite rezultatele nu au apărut.

3. Ar putea fi vorba de mai multe particule?

Unul dintre experimentele de care am vorbit anterior, care nu a oferit rezultate concludente, i-a făcut pe unii oameni de ştiinţă să teoretizeze că materia întunecată ar putea fi mai mică decât propune modelul WIMP.

Pornind de la mai multe observaţii indirecte despre materia întunecată, printre care şi cea de mai sus, unii astrofizicieni au teoretizat existenţa a mai multor particule care să formeze materia întunecată. Acei cercetători au plecat de la observaţiile realizate asupra materiei obişnuite care au dovedit că aceasta este formată dintr-o pleiadă de particule.

„Nu există niciun motiv bun să presupunem că toată materia întunecată din univers este formată dintr-un singur tip de particule”, a declarat Andrey Katz pentru Space. Această teorie deschide posibilitatea existenţei unor atomi întunecaţi formaţi din electroni, protoni şi neutroni pe care nu îi putem detecta.

4. Forţe întunecate, similare celor experimentate de către materia obişnuită?

De la presupunerea că materia întunecată ar putea fi formată dintr-o multitudine de particule la a presupune că acestea ar putea fi supuse unor diferite forţe într-un mod asemănător materiei obişnuite nu există o distanţă logică prea mare care ar trebui acoperită.

O echipă de cercetători din Italia încearcă se află în căutarea fotonilor întunecaţi, care ar putea să fie asemănători fotonilor pe care particulele materiei obişnuite îi schimbă atunci când au loc interacţiuni electromagnetice. 

5. Axionii ar putea forma materia întunecată?

La începutul articolului am precizat că teoria conforma materia întunecată este formată din particule masive care interacţionează slab se bucură de un suport larg în comunitatea ştiinţifică implică şi faptul că unii cercetători aleg să folosească alte teorii.

Una dintre aceste alternative pleacă de la presupunerea că materia întunecată ar putea fi formată din axioni. Aceste particule ar putea avea o masă de 10 sau chiar 30 de ori mai mică decât faţă de masa unui proton. Pornind de la această teorie, unii oameni au conceput experiemente de observare a materiei întunecate, presupunând că acete particule ar putea să formeze obiecte asemănătoare stelelor din materia obişnuită. 

6. Ce proprietăţi are materia întunecată?

Oamenii de ştiinţă sunt de părere că materia întunecată interacţionează cu materia obişnuită prin intermediul gravitaţiei. Din păcate asta pare a fi una dintre puţinele certitudini legate de aceasta.

Unele teorii sugerează că una dintre proprietăţile particulelor de materie întunecată este aceea de a fi propriile lor antiparticule. Mai exact, atunci când două particule se întâlnesc, acestea se anihilează reciproc, într-un mod asemănător celui în care, de exemplu, electronii şi pozitronii se distrug reciproc.

7. Există materie întunecată în fiecare galaxie?

Dată fiind diferenţa dintre cantitatea de materie obişnuită şi cea de materie întunecată, cercetătorii sunt de părere că cea de a două reprezintă „motorul” din spatele mişcării structurilor masive precum galaxiile. 

Totuşi, după cum explică unii cercetători, este posibil ca unele galaxii să nu prezintă urme de materie întunecată, totuşi, trebuie precizat faptul că studiile care prezintă astfel de rezultate sunt controversate în comunitatea academică.

8. Au particulele de materie întunecată încărcătură electrică?

Continuând pe linia posibilelor similitudini dintre materia întunecată şi materia obişnuită şi plecând şi de la o serie de semnale care par a proveni dintr-o perioadă apropiată de Big Bang, unii cercetători au ridicat posibilitatea ca particulele întunecate să aibă şi sarcină electrică nu doar masă.

Astrofizicianul Julian Muñoz, de la Universitatea Harvard, a teoretizat pe baza acestor semnale că particulele de materie întunecată cu sarcină electrică au preluat o parte din căldura (energia) atomilor de hidrogen care formau Universul la 180 de milioane de ani de la Big Bang.

9. Materia obişnuită se dezintegrează în materie întunecată?

Un experiement recent efectuat asupra modului în care are loc dezintegrarea neutornilor a oferit bazele empirice pentru o teorie care sugerează că în 1% dintre cazuri această dezintergrare nu duce la apariţia a trei particule: elecron, proton şi un neutrin, ci la apariţia unor particule de materie întunecată.

10. Există materie întunecată?

În mod obişnuit, aceasta ar trebui să reprezinte prima întrebare la care oamenii de ştiinţă ar trebui să răspundă, touşi, nu trebuie să uităm faptul că aceasta este un domneiu de graniţă şi toate indiciile şi dovezile obţinute încă nu duc la o înţelegere mai bună a problemei care a născut acest model teoretic.

Una dintre abordările care contrazice modelul materiei întunecate  este cel al mecanicii newtoneine modificate, care postulează că materia lipsă din univers reprezintă o consecinţă a gravitaţiei.

În prezent, materia întunecată este un model care încă nu a fost confirmat de experiementele empirice, iar dovezile aduse pănă acum şi interpretarea acestora nu poate fi văzută în afara unor părtiniri teoretice pe care oamenii de ştiinţă ar putea să nu le conştientizeze.

Citeşte şi: