Pomyśl o wszystkim, co istnieje we wszechświecie. Gigantyczne piece kosmiczne, takie jak nasze Słońce. Gazowe giganty, obok których nasza planeta będzie tylko krasnoludem. Rzędy asteroid pędzą przez pustą przestrzeń. Odległe gwiazdy oddalone o tysiące lat świetlnych. Wszystko to stanowi mniej niż 5% masy wszechświata. Gdzie reszta? To wciąż tajemnica. Nasz gigantyczny wszechświat mógł powstać z cząstek ciemnej materii, których nawet nie mieliśmy okazji obserwować. Naukowcy próbują udowodnić ich istnienie, a wraz z nimi istnienie „ciemnych gwiazd”.
Jest jeden pierwiastek, który może stanowić nawet 25% wszechświata. Nie możemy tego poczuć ani zobaczyć. Nie oddziałuje ze światłem. Nie składa się nawet z elementów budulcowych, do których jesteśmy przyzwyczajeni - elektronów i protonów wewnątrz atomów, z których składa się cała materia.
To jest „ciemna materia”, a naukowcy od dziesięcioleci próbują zrozumieć, czym ona jest. Teoretyczna astrofizyk Katherine Freese jest jedną z tych, którzy polują na te tajemnicze cegły życia. Trzydzieści lat temu jej teoria niewidzialnego kleju, który pomógł ukształtować wszechświat, doprowadziła do budowy podziemnych akceleratorów cząstek na całej Ziemi, takich jak maszyny w CERN. Czego oni szukają? Cząsteczki te nazywane są mięczakami (WIMP), a według Freese gwiazdy wykonane z tego upiornego materiału mogły pomóc kosmosowi powstać miliardy lat temu.
Wimpy (słabo oddziałujące masywne cząstki) to duże cząstki, które nie oddziałują z siłami elektromagnetycznymi. To sprawia, że są „ciemne” - nie można ich obserwować za pomocą czujników elektromagnetycznych, których ludzie używali do badania wszechświata przez ostatnie sto lat.
Ale dzięki teorii supersymetrii - która sugeruje, że każda znana cząstka ma odpowiednik „antymaterii” - istnieje luka w naszym obecnym atlasie cząstek, a WIMPS może ją doskonale wypełnić. Są wszędzie, ale nie pozostawiają żadnych śladów, ponieważ niechętnie wchodzą w interakcje ze zwykłymi cząsteczkami wokół nich.
„Cóż, jeśli weźmiemy wszystkie przedmioty z naszego codziennego życia - twoje ciało, krzesło, na którym siedzi, powietrze, które oddycha, ściany wokół nas, dodamy planety, dodamy gwiazdy - wszystko to składa się z atomów, które rozumiemy, ale cała ta materia atomowa stanowi tylko 5% naszego wszechświata - pięć procent! Dlatego jest jeszcze 95%, które musimy zrozumieć. I tu pojawia się ciemna materia i ciemna energia. Kiedy przechodzą przez ciebie - miliardy cząstek na sekundę - nie zauważasz tego, ponieważ słaba interakcja jest naprawdę słaba, nic się nie dzieje."
Film promocyjny:
Jak znaleźć to, czego nie możesz zobaczyć?
„Dobrą analogią do ciemnej materii jest wiatr. Nie widzimy go, jest niewidoczny, a jednak mamy pewność, że istnieje, ponieważ szeleszczą liście. To samo dotyczy ciemnej materii. Widzimy, że to wszystko łączy … to materia, co oznacza, że odczuwa grawitację. Przytulała się i zbierała rzeczy. Wiemy, że istnieje z tego powodu, ale nie wiemy, z czego się składa”.
Jeśli mięczaki istnieją - a Freese jest pewien, że tak - powinny się pojawić wkrótce po Wielkim Wybuchu.
Freese zbadał tę teorię z innymi astrofizykami Paolo Gondolo z University of Utah i Doug Spoliar z University of Stockholm w Szwecji. Szukali pierwszych „ciemnych gwiazd”, które powstały we wczesnych dniach wszechświata.
Pomimo swojej nazwy, te starożytne gwiazdy olśniewały - żyły dzięki unicestwieniu ciemnej materii. A niektórzy z nich mogliby mieszkać w odległych zakątkach Wszechświata, promiennie świecąc.
„Ciemne gwiazdy na początku miały te same masy co Słońce, ale mogły rosnąć i rosnąć, aż stały się masą milionów słońc i miliardy razy jaśniejsze”.
„Następny duży teleskop, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, będący przedłużeniem słynnego Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, będzie w stanie znaleźć ciemne gwiazdy. W ten sposób nie tylko znajdziemy zupełnie nowy typ gwiazd, co już samo w sobie jest zaskakujące, ale również udowodnimy, że żyją z WIMP-ów. Więc problem zostanie rozwiązany samoczynnie”.
A to może oznaczać koniec jednego z najtrudniejszych wyzwań współczesnej nauki. Naukowcy próbowali rozwiązać problem ciemnej materii od lat trzydziestych XX wieku, ale ślady jej istnienia pojawiły się znacznie wcześniej.
„Kiedy ludzie badali ruch słońca i planet wokół nich, zdali sobie sprawę, że planety centralne poruszają się dość szybko, ale im dalej od centrum, tym wolniejszy ruch” - mówi Freese.
„Więc pomyśleli: okej, to są prawa Newtona, znamy je, takie są prawa natury, spójrzmy na większe struktury - galaktyki i gromady galaktyk”.
„Ale to nie to, co odkryli: odkryli, że wszystko porusza się z tą samą prędkością, z jaką poruszasz się ze środka galaktyki. To było dość dziwne”.
Freese uważa, że gwiazdy i planety, które widzimy na nocnym niebie, są kulminacją długiego łańcucha reakcji, który rozpoczął się od tych słabo oddziałujących cząstek. I mówi, że bez cząstek ciemnej materii wszechświat nie mógłby stać się tym, czym jest. „Struktury, w których żyjemy, galaktyki i gromady galaktyk, nie mogłyby powstać, gdyby ciemna materia nie utworzyła kosmicznej sieci, w której żyjemy”.
„To znaczy, najpierw zebrała się razem ciemna materia, a potem zwykłe atomy, neutrony i protony i tak dalej, razem z ciemną materią, utworzyły protogalaktyki, które doprowadziły do pojawienia się galaktyk, planet i gwiazd. Ale aby zacząć tworzyć tę strukturę, potrzebna jest ciemna materia”.
ILYA KHEL