Какво все пак е тъмна материя?
Физиците теоретично откриват съществуването на тъмна материя през 1933 година Това става частично тъй като уравненията демонстрират, че в галактиките няма задоволително следена материя, която да ги защищити от раздробяване, а скоростите на въртене на галактиките не дават отговор на предстоящите резултати от общоприетите физични модели.
По-нататъшни открития свързани с тъмна материя се появяват чак през седемдесетте години на предишния век, когато учените към този момент разполагат с по-добри научни принадлежности, от приемници до галактически телескопи за разкриване на гама радиация, които им разрешават да потвърдят по-ранните калкулации и наблюдения.
Мощни радиотелескопи също оферират улики за съществуването на тъмна материя, като гравитационно изкривяване (при което материята предизвиква светлината да се огъва сред източника и наблюдателя) и мощно допуска, че има някаква материя, която можем да открием, само че не виждаме.
„ Всичко, което можете да видите, всичко което чувствате, всичко от което сте формирани, съставлява единствено 5% от вселената, а останалото е това мрачно нещо … и ние нямаме визия какво е то “, споделя Ребека Лийн, физик-теоретик в Масачузетския софтуерен институт MIT. Докторатът на Лийн е върху феноменологията тъмна материя.
Физиците считат, че към 27% от общата галактика е тъмна материя, а останалите (68%) са сходен горист феномен, наименуван тъмна сила. Какво прави тъмната материя толкоз тайнствена?
„ Големият проблем е, че не можем да я видим; не взаимодейства със светлината ”, споделя Итън Браун, помощник по физика в политехническия институт Rensselaer.
Най-общо, можем да измерваме материята и силата във Вселената, като я следим в едно от четирите взаимоотношения:
- Електромагнитно лъчение (светлина)
- Чрез гравитационни резултати
- С друга материя посредством нуклеарната мощ, която държи материята дружно
- Със слабата нуклеарна мощ или взаимоотношението на субатомните частици, които са виновни за радиоактивното раздробяване
Тъмната материя се измъква от множеството от тези наблюдения, защото не наподобява да взаимодейства със общоприетата материя, с изключение на посредством гравитацията. Но това не е попречило на физиците да проучват и други способи.
Една от областите на проучване на Браун е опит да улови взаимоотношенията на тъмната материя с естествената материя под формата на течни изотопи на ксенон. Ксенон-124 има полуживот почти трилион пъти по-дълъг от възрастта на Вселената. Масивните варели с материала са надълбоко в сондажи в земната кора, с цел да се ограничи фоновия звук, като електромагнитно лъчение, което може да попречи на измерванията. Само тъмната материя и някои субатомни частици като муоните и неутрино могат да преминат през хиляди метри плътна канара.
Така че това е една доста „ тиха “ ниша, където теоретично единствено извънредно бавното естествено радиоактивно раздробяване на ксенон-124 или взаимоотношенията с муони, неутрино или тъмна материя могат да провокират някаква смяна в изотопа. Ако субатомна парченце от тъмна материя избие електрон от Ксенон-124, опитът ще го види.
Макар учените занимаващи се с тъмната материя да не са разкрили фактически директни взаимоотношения с неуловими субатомни частици, те сигурно са създали някои други забавни наблюдения, в това число разпадането на ксенон-124, най-рядкото събитие, което в миналото е било записано в човешката история.
Знаем повече за това какво не е тъмната материя, в сравнение с за това какво е. Като начало не е тъмна сила. Това е някаква сила, за която доказателствата са косвени, само че евентуално съществуват, тъй като Вселената се уголемява с възходяща скорост, която се опълчва на законите на физиката на естествената материя и сила.
И тъмната материя не е антиматерия, която е естествена материя, формирана от субатомни частици, които имат тъкмо противопоставен заряд спрямо естествената материя. Когато антиматерията и материята се сблъскат, унищожаването създава прояви на гама лъчи. Тъмната материя може също да създава гама лъчи, когато тя и нейният аналог, тъмната антиматерия, се сблъскат, с цел да произведат общоприета материя.
И най-после, тъмната материя не е просто друг клас от трите фамилии на елементарна материя, като адроните, лептоните или бозоните, като последните две преди са били теоретични, само че най-сетне са следени непосредствено в ускорителите на частици и не се държат по този начин, както учените чакаха.
Лептони и бозони обаче, ни подсказват какво да търсим. Тъмната материя наподобява като форма на материя, формирана от изцяло друг клас или класове субатомни частици. Едно от най-обещаващите се назовава WIMP: weakly interacting massive particle, или едва взаимодействаща солидна парченце.
Смята се, че WIMP имат маса, която е хиляда пъти повече от протоните на общоприетата материя. Начинът, по който WIMP теоретично работят, се вписва с изчисленията за това какъв брой тъмна материя би трябвало да има във Вселената, споделя Лийн. Това се назовава WIMP Miracle.
Но WIMP надалеч не са единствената доктрина участваща в играта. Има и първоначални черни дупки, които всъщност са дребни черни дупки, останали от Големия гърмеж. Въпреки това, ние не сме следили гравитационното микролъчение от тях, тъй че това изключва първичните черни дупки, като допустима тъмна материя.
„ След това има теоретично избрани частици като SIMP и аксиони. Сега има повече теории, в сравнение с в миналото ще схвана “, признава Браун.
Естествено, може да бъде много досадно да вършиме проучвания, когато в действителност не можете да наблюдавате нещо, което мислите, че съществува, или пък не постоянно е там. Изследователи от Йейл да вземем за пример са разкрили две галактики, които нямат никаква тъмна материя.
„ Трудно е да се уточни единствено едно решение за това по какъв начин тези форми са можели да се образуват, “ споделя Шани Даниели, докторант от Yale, който е съавтор на две от изследванията. „ В началото си мислехме, че може би това е просто някаква особеност, само че в този момент намерихме втора вселена без тъмна материя “.
Изследването сочи някои забавни благоприятни условия за това, по какъв начин действа тъмната материя във вселената. Тъмна материя взаимодейства с естествената материя посредством механизъм, който към момента не знаем – по този начин наречената „ тъмна мощ “, или петата мощ във Вселената.
Друга концепция е, че тъмна материя взаимодейства посредством повече от известните сили, в сравнение с единствено гравитацията, само че прави това при такава дребна мощ на взаимоотношение, че ние просто нямаме средства, с цел да откриваме надеждно сигналите.
С други думи, науката е надалеч от безапелационна
„ Работата на физиката на частиците през последните 50 години е била да раздроби вселената до най-малките й съставни елементи “, споделя Браун.
Точно в този момент тъмната материя не дава отговор на избрани разбирания за това по какъв начин работи Вселената, по-специално общоприетия модел на физиката на частиците.
„ Когато разберем какво е тъмна материя и по какъв начин се държи, това би било голяма стъпка към схващане на фундаменталните основи на Вселената “, споделя Браун. „ Можем да отговорим на въпроси, по какъв начин се е развила Вселената с цел да стигне до това, което е през днешния ден? “
Освен това, физиката на главните частици, в това число търсенето на тъмна материя, към този момент е довела до действителни софтуерни изгоди. Много от средствата за разкриване, употребявани в тази област, са мощно използвани в други области, като да вземем за пример медицински изображения или нуклеарна сигурност.
Лийн показва, че интернет е основан частично тъй като физиците на CERN желали да намерят нови способи за продан на данни между тях. GPS в това време разчита в известна степен на теорията на Айнщайн за общата релативност, която изяснява по какъв начин гравитацията изкривява пространство – време “.
Не можем да знаем какво може да излезе от проучване на тъмната материя, само че в случай че вземем аналог от проучването на стандартната материя, би трябвало да чакаме доста, тъй като проучването на материята ни дава най-фундаменталната технология, която разрешава да вършим на практика всичко в актуалния живот. Без откриването на електрона през 1897 г.от J.J. Thomson, нямаше да имаме даже електричество, да не приказваме за компютри и интернет, задвижвани от него.
Едно е ясно, въпреки през днешния ден към момента да не знаем доста за тъмната материя, тя може доста да промени метода, по който ще живеем на следващия ден.
