Każdy z nas przynajmniej raz słyszał o „ciemnej materii”, ale nie każdy jest w stanie poprawnie wyjaśnić, co to jest. Być może wyjaśnienia te nie będą potrzebne, ponieważ najnowsze badania podają w wątpliwość istnienie „ciemnej materii” jako takiej.
ANOMALIA GALAKTYCZNA
Hipoteza „ciemnej materii” pojawiła się jako próba zrozumienia natury anomalii obserwowanej przez astronomów.
W 1922 roku Holender Jacobus Kaptein, badając ruch gwiazd, doszedł do wniosku, że znaczna część materii w Galaktyce jest niewidoczna - w jego pracach prawdopodobnie po raz pierwszy użyto terminu „ciemna materia”. Dziesięć lat później hipoteza została potwierdzona przez radioastronoma Jana Oorta, ale rozpowszechniła się rok później, kiedy szwajcarski astrofizyk Fritz Zwicky obliczył prędkości radialne ośmiu galaktyk znajdujących się na skraju gromady Coma (konstelacja Coma) i porównał uzyskane dane z podobnymi danymi, ale obliczonymi z wykorzystując pozorną jasność gromady. Odkrył, że aby zachować stabilność, całkowita masa gromady musi być czterysta razy większa niż masa jej gwiazd. Na tej podstawie Zwicky zasugerował, że w klastrze znajduje się znaczna podaż materii, która pozostaje dla nas niewidoczna,ale ma najsilniejszy wpływ grawitacyjny na galaktyki. Zwicky popełnił błąd w obliczeniach o rząd wielkości, ale potwierdziły się dokładniejsze pomiary: masa gromady Coma, obliczona na dwa różne sposoby, nie zbiega się znacząco w wyniku!
Jednak przed dokonaniem uogólnień należało wykazać, że taki efekt jest powszechny w przewidywalnej przestrzeni. W 1939 roku amerykański astronom Hores Babok, badając najbliższą galaktykę M 31 (mgławicę Andromedy), odkrył, że prędkość rotacji gwiazd wokół jej centrum nie zmniejsza się, zgodnie z przewidywaniami mechaniki nieba, odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości, ale pozostaje prawie stała. Oznacza to, że galaktyka na całej swojej długości zawiera znaczną masę niewidzialnej materii. Babok nie kojarzył jednak anomalii z niezrozumiałą „ciemną materią”, ale zasugerował, że w zewnętrznej części M 31 zachodzą procesy, które zmieniają jej dynamikę.
CIEMNE CIEMNE
Film promocyjny:
Astronomowie powrócili do hipotezy „ciemnej materii” w latach sześćdziesiątych XX wieku, kiedy pojawiły się nowe precyzyjne instrumenty do badania Wszechświata. A w 1975 roku Vera Rubin i Kent Ford przemawiali na konferencji Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego, którzy powiedzieli, że udało im się uzyskać wiarygodne dane wskazujące na znaczną niezgodność między teorią rozkładu masy w galaktykach a obserwowaną rzeczywistością. Naukowcy wykorzystali najnowocześniejszy spektrograf, który umożliwił określenie prędkości obrotu gałęzi galaktyk spiralnych nawet „patrząc z krawędzi”. Odkryli, że ogromna większość gwiazd w galaktykach porusza się po swoich orbitach z tą samą prędkością kątową, co potwierdza niewiarygodne założenie: gęstość masy w galaktykach jest równomiernie rozłożona. Po kolejnych trzech latach obserwacje zostały niezależnie potwierdzone.aw 1980 roku społeczność astronomiczna ostatecznie potwierdziła słuszność wniosków. Jednocześnie Rubin ustalił, że aby teoria była spójna z praktyką, galaktyki muszą zawierać sześć razy więcej niewidzialnej materii niż to, co możemy zobaczyć przez teleskopy.
W tym samym czasie zaczęły napływać inne dowody. Po pierwsze, badanie ruchu w układach podwójnych galaktyk ujawniło kolosalny wpływ „ciemnej materii”, wyraźnie naruszając klasyczne prawa mechaniki niebieskiej. Po drugie, bez obecności „ciemnej materii” galaktyki eliptyczne szybko utraciłyby swój gorący gaz, czego nie obserwuje się. Po trzecie, sama „ciemna materia” zakrzywia światło, co ujawnia się w efekcie soczewkowania grawitacyjnego.
Obecnie powszechnie przyjmuje się, że udział „ciemnej materii” stanowi 84,5% całej materii zawartej we wszechświecie.
POSZUKIWANIE NIEZNANEGO
Idea „ciemnej materii” okazała się poszukiwana przez kosmologów, kiedy nie mogli wykryć niejednorodności promieniowania reliktowego (kosmicznego mikrofalowego tła) przewidywanego przez teorię powstania Wszechświata i wyjaśnić w ten sposób wygląd struktur galaktycznych. Wprowadzenie do modelu cząstek, które prawie nie oddziałują ze zwykłą materią, ale są bardzo ciężkie, pozwoliło ominąć powstałą trudność. Jednak we wczesnych latach 90. niejednorodność reliktowego promieniowania została jednak ujawniona za pomocą orbitalnego obserwatorium COBE. Wydawało się, że pytanie jest zamknięte, ale „ciemna materia” już tak zafascynowała naukowców, że nie porzucili jej, a wręcz przeciwnie, zaczęli szukać „nośnika” na poziomie subatomowym.
Problem w tym, że „ciemna materia” nie oddziałuje z promieniowaniem elektromagnetycznym (w tym ze światłem widzialnym), więc nie można jej wykryć tradycyjnymi metodami. Co gorsza, badanie ruchu czterystu gwiazd znajdujących się w promieniu 13 000 lat świetlnych od Słońca nie wykazało żadnego wpływu „ciemnej materii”, a naukowcy musieli dojść do wniosku, że jest on pomijalny w naszym obszarze przestrzeni (około 500 gramów objętości kuli ziemskiej), to znaczy zarejestrowanie cząstki takiej substancji jest niezwykle trudne, jeśli nie niemożliwe. Fizycy próbowali rozwiązać problem teoretycznie, definiując parametry hipotetycznej substancji w oparciu o model standardowy cząstek elementarnych. Za kandydatów uznano neutrina (ale są zbyt lekkie) i takie hipotetyczne cząstki jak aksjony, kosmony, grawitony, geijinosy, mięczaki.monopole magnetyczne itp. Obserwowany rozkład „ciemnej materii” w kosmosie również rodzi pytania: w końcu, jeśli oddziałuje ona ze zwykłą materią poprzez grawitację, to należy ją przyciągać do centrów galaktyk w taki sam sposób jak zwykłą materię, ale tak się nie dzieje.
Jest oczywiste, że dziwactwa w zachowaniu „ciemnej materii” wywołują instynktowny protest wielu fizyków, więc odmawiają oni uznania jej istnienia, wyjaśniając anomalie w rozmieszczeniu mas galaktycznych innymi sposobami. Na przykład wspomniana wcześniej Vera Rubin uważa, że rozsądniej jest dopracować teorie klasyczne, niż wprowadzić do modelu całkowicie nową klasę cząstek subatomowych. Jest zwolenniczką zmodyfikowanej dynamiki newtonowskiej (MOND), zaproponowanej przez Mordechaja Milgroma w 1983 roku i wciąż marginalnej.
Wydaje się jednak, że najnowsze badania wkrótce zmuszą świat naukowy do ponownego przemyślenia swojego stosunku do „ciemnej materii”. Grupa fizyków z University of Case Western Reserve (Cleveland, Ohio) opublikowała 19 września 2016 r. Artykuł, w którym przeanalizowano wyniki obserwacji 153 galaktyk za pomocą teleskopu podczerwieni Spitzera, a zarówno galaktyki spiralne, takie jak nasza, oraz galaktyki o nieregularnym kształcie, wpadły w pole widzenia. oraz galaktyki gigantyczne i karłowate. Badania przeprowadzono w celu wyjaśnienia stopnia wpływu „ciemnej materii” na rotację gwiazd. I nagle okazało się, że nie ma żadnego wpływu, a znane anomalie zostały doskonale wyjaśnione przez rozkład normalnej materii.
Autorzy odkrycia sugerują, że ich wyniki są zasadniczo sprzeczne z poprzednimi, ponieważ po raz pierwszy do oszacowania masy odległych obiektów astronomicznych wykorzystano obrazy w zakresie podczerwieni, a nie w świetle widzialnym. Wiele z tych obiektów wygląda bardzo słabo, co prawdopodobnie prowadziło do błędów w obliczeniu ich rzeczywistej masy.
Jeśli dane się potwierdzą, wówczas model kosmologiczny, który opiera się na hipotezie o istnieniu „ciemnej materii”, można bezpiecznie odrzucić, nawet bez konieczności rewizji fizyki klasycznej.
Anton Pervushin