Дали тъмната материя е илюзия за науката
Теоретичният физик Ерик Верлинде предполага, че гравитацията е нововъзникващо явление и че тъмната материя не съществува. Тази идея току-що премина първия успешен тест.
- Google +
- За печат
Игнориран пионер
Оттогава тъмната материя се превърна в повсеместна съставка в астрономията и космологията. Той представлява 25% от съдържанието на Вселената, пет пъти повече от обикновената материя. Това обяснява въртеливото движение на спиралните галактики, но също така и динамиката на галактическите клъстери, някои ефекти на гравитационните лещи, образуването на големи структури във Вселената, в които са групирани галактиките, или спектъра на анизотропиите на космическия дифузен фон., Т.е. разпределението на температурните неравности в първата радиация, излъчвана от Вселената, когато е била на 380 000 години. Но ако тъмната материя изглежда от съществено значение за обяснението на всички тези наблюдения, нейната природа остава неизвестна.
Експерименти, провеждани под контрол
В повечето модели тъмната материя се състои от екзотични частици, все още неизвестни, но потенциално наблюдаеми. Експериментите за директно откриване се основават на идеята, че тези частици тъмна материя могат да взаимодействат - макар и много рядко - с обикновената материя. Така че, с достатъчно голям детектор и много търпение, би трябвало да е възможно да видите как частица от тъмна материя се срива в обикновена материя. Няколко екипа по света непрекъснато подобряват своите детектори. Експериментите с LUX в Съединените щати или PandaX в Китай позволиха да се поставят толкова силни ограничения върху определени модели на тъмната материя, слабините (слабо взаимодействащи масивни частици), че този тип кандидати сега са в затруднение.
Досега не е наблюдаван сигнал в ускорителите на частици, особено в LHC, където се надява да създаде тъмна материя по време на сблъсъци на протони с много висока енергия. Нито в космически лъчи, някои от които биха могли да бъдат резултат от унищожаването на частици тъмна материя в области на космоса, където тя присъства в количество. Резултатите от експеримента на AMS - инсталиран в Международната космическа станция -, публикуван през декември 2016 г. след пет години наблюдение, биха могли да бъдат съвместими с измама с маса около един тераелектронволт, но все още е твърде рано да се каже. възможността наблюдаваният сигнал да идва от пулсари, плътни, бързо въртящи се звезди, които излъчват поток от частици.
Накратко, нито един експеримент все още не е дал солидна индикация за съществуването на частици тъмна материя. Най-простите модели изглеждат изключени, но физиците все още са далеч от премахването на всички възможности.
Хипотезата за тъмната материя е изправена пред други предизвикателства. Ако идеята е възникнала при изучаването на профилите на скоростта на спиралните галактики, тя също е подкопана в тези структури. Например, според числените симулации, тъмната материя трябва да се натрупва в излишък в центъра на галактиките, в пропорции, несъвместими с наблюденията. И в присъствието на тъмна материя, симулациите предсказват образуването на много малки сателитни галактики около спирални галактики. Обаче ние знаем само около двадесет около Млечния път, вместо няколко стотици, очаквани. Някои физици вярват, че последният проблем е наблюдателен: тези много слаби сателитни галактики все още ще избегнат погледа на астрономите. Обяснение, подсилено от откриването през 2015 г. на 11 галактики джуджета.
Освен това миналия октомври Стейси Макгау от университета „Кейс Уестърн Резерв“ в САЩ и нейните колеги сравниха в 153 галактики с много различни характеристики центростремителното ускорение (свързано с гравитационната сила), изведено от видимия профил на скоростта на звездата съответстващ на цялата обикновена материя плюс тъмната материя и изчислената част от центростремителното ускорение, произведена само от обикновена материя. По този начин те демонстрираха, че тези две ускорения са свързани с доста проста формула. Те не са равни, което предполага, че има нужда от тъмна материя, за да опише профила на скоростта на спиралните галактики. Но също така няма очевидна причина тези две ускорения да бъдат свързани с проста връзка, знаейки, че те са изчислени в галактики, повече или по-малко богати на тъмна материя. Това би изисквало връзка между разпределението на обикновената материя и тази на тъмната материя, докато тези два компонента взаимодействат много слабо, само чрез гравитационното взаимодействие (и вероятно от слабото взаимодействие). Как да го обясня ?
Два екипа вече показаха, че симулациите с тъмна материя могат да възпроизведат връзката, подчертана от Стейси Макго и нейните колеги. Те вземат предвид ефекта на обратната връзка на обикновената материя върху тъмната материя. Остава да се покаже, че резултатът им е универсален и се отнася за реални галактики с различни свойства.
Галактическото царство на MOND
За разлика от това, резултатът на Стейси Макго се вписва идеално в теория, конкурираща се с тъмната материя, теорията MOdified Newtonian Dynamics (MOND). Това беше предложено от Мордехай Милгром от Института Вайцман, Израел, през 1983 г. Предполага се, че вторият закон на Нютон (сумата от силите, които се прилагат към системата е равна на произведението на масата и ускорението) вече не е валиден и трябва да се коригира, когато ускоренията са много ниски, под определен праг с няколко порядъка по-нисък от гравитацията на Земята. Такъв режим наистина би бил в сила в най-отдалечените части на спиралните галактики и тази модифицирана гравитация би обяснила профила на скоростта, измерен от Вера Рубин, без да е необходимо да се прибягва до тъмната материя.