Do tej pory naukowcy nie byli w stanie jednoznacznie udowodnić istnienia „ciemnej materii”, która rzekomo składa się z większości naszego wszechświata.
„Ciemna materia” otaczająca galaktyki w całym wszechświecie jest niewidoczna, ponieważ nie odbija światła. Jej obecność można zauważyć jedynie po wpływie grawitacji na planety i gwiazdy.
Pomimo 2 miliardów dolarów eksperymentu przeprowadzonego na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej i wykazującego oznaki istnienia „ciemnej materii”, nigdy nie został bezpośrednio zaobserwowany.
Dziury w niebie
Pierwsza wskazówka, że coś jest nie tak z obliczaniem masy Wszechświata pojawiła się w połowie lat 30. XX wieku. Szwajcarski astronom Fritz Zwicky zmierzył prędkość, z jaką galaktyki w gromadzie Coma (i jest to jedna z największych znanych nam gromad, zawiera tysiące galaktyk) krążących wokół wspólnego centrum.
Rezultat był zniechęcający: prędkości galaktyk okazały się znacznie wyższe niż można by się spodziewać na podstawie zaobserwowanej całkowitej masy gromady. Oznaczało to, że prawdziwa masa gromady Coma była znacznie większa niż masa widoczna. Ale główna ilość materii obecna w tym obszarze Wszechświata z jakiegoś powodu pozostaje niewidoczna i niedostępna do bezpośredniej obserwacji, manifestując się jedynie grawitacyjnie, to znaczy tylko jako masa.
40 lat po pracach Zwicky'ego, w latach 70., amerykańska astronom Vera Rubin badała prędkość rotacji wokół galaktycznego centrum materii znajdującego się na obrzeżach galaktyk. Pomiary wykazały, że dla wielu galaktyk prędkość ta pozostaje prawie stała w bardzo dużej odległości od centrum.
Film promocyjny:
Wyniki te można interpretować tylko w jeden sposób: gęstość materii w takich galaktykach nie zmniejsza się podczas przemieszczania się od centrum, ale pozostaje prawie niezmieniona. Ponieważ gęstość widzialnej materii (zawartej w gwiazdach i gazie międzygwiazdowym) gwałtownie spada w kierunku obrzeża galaktyki, brakującą gęstość musi zapewnić coś, czego z jakiegoś powodu nie możemy zobaczyć.
Galaktyczny paradoks
W celu ilościowego wyjaśnienia obserwowanych zależności szybkości rotacji od odległości do centrum galaktyk wymagane jest, aby to niewidzialne „coś” było około 10 razy większe niż zwykła widzialna materia. To „coś” zostało nazwane „ciemną materią” i nadal pozostaje najbardziej intrygującą tajemnicą astrofizyki.
Kolejny ważny dowód na obecność „ciemnej materii” w naszym świecie pochodzi z obliczeń symulujących formowanie się galaktyk, które rozpoczęły się około 300 tysięcy lat po rozpoczęciu Wielkiego Wybuchu. Materia po prostu nie powinna była gromadzić się w galaktykach, co jednak obserwujemy w epoce nowożytnej. Problem ten nazwano galaktycznym paradoksem i przez długi czas uważano go za poważny argument przeciwko teorii Wielkiego Wybuchu.
Jeśli jednak przyjmiemy, że cząstki zwykłej materii we wczesnym Wszechświecie zostały zmieszane z cząsteczkami niewidzialnej „ciemnej materii”, to w obliczeniach wszystko układa się na swoim miejscu.
Okazuje się, że znajomy i pozornie przestudiowany szczegółom widzialnego świata, który ostatnio uważaliśmy za prawie zrozumiały, jest tylko niewielkim dodatkiem do czegoś, z czego faktycznie składa się Wszechświat.
Świat lustrzany
W 1995 roku Teleskop Hubble'a zauważył, że jedna z gwiazd Wielkiego Obłoku Magellana rozbłysła jaśniej. Ta poświata utrzymywała się przez ponad trzy miesiące, ale potem gwiazda wróciła do swojego naturalnego stanu. A sześć lat później obok gwiazdy pojawił się ledwo świecący obiekt. Był to zimny karzeł, który przechodząc 600 lat świetlnych od gwiazdy, stworzył soczewkę grawitacyjną wzmacniającą światło. Obliczenia wykazały, że masa tego karła stanowi zaledwie 5-10% masy Słońca.
Wreszcie ogólna teoria względności jednoznacznie wiąże tempo rozszerzania się Wszechświata ze średnią gęstością zawartej w nim materii. Jeśli w rzeczywistości gęstość Wszechświata jest dokładnie równa gęstości krytycznej, nie może to być przypadek, ale jest konsekwencją jakiejś fundamentalnej właściwości naszego świata, której jeszcze nie zrozumieliśmy i nie zrozumieli.
Jednak nowa teoria stwierdza, że „ciemna materia” może zawierać „świat lustrzany”, który może zmienić nasze rozumienie wszechświata.
Teleskop Plancka zebrał dane dotyczące czasów, które nastąpiły po Wielkim Wybuchu 13,8 miliarda lat temu, pokazując, że jakaś tajemnicza materia stanowi 26,8% materii we wszechświecie - więcej niż wcześniej sądzono.
Zwykła materia - galaktyki i planety, które możemy bezpośrednio obserwować, to zaledwie około 4,9 proc. A wszystko inne to jeszcze bardziej tajemnicza „ciemna energia”, która zdaniem naukowców jest odpowiedzialna za ekspansję Wszechświata.
Nowe zjawisko
W tym roku międzynarodowy zespół naukowców ogłosił, że detektor promieniowania kosmicznego na pokładzie ISS wykrył pierwsze oznaki istnienia „ciemnej materii”.
Wyniki te pojawiły się, gdy dwa lata temu Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), wystrzelony w kosmos, odkrył oznaki nowego zjawiska fizycznego, którym może być jak dotąd dziwna i nieznana materia.
Wnioski naukowców opierają się na obserwowanym nadmiarze pozytonów - dodatnio naładowanych cząstek subatomowych. Wykryty wybuch pozytonów mógłby zostać utworzony przez umierającą „ciemną materię” - substancję tak centralną dla naszego wszechświata, że decyduje ona o rozmieszczeniu gwiazd i planet.
Ostateczne rozwiązanie tajemnicy pojawienia się tajemniczej materii może otworzyć przed nami zupełnie nowe obszary badań, w tym możliwość istnienia wielu wszechświatów i innych wymiarów.