Putty звездното знание

Актуализирано: 01/24/19 - 05:53

Защо всичко не се разпада в космоса?

Тъканта има призрачен ефект: тъмната материя не излъчва никаква радиация и е невидима. Учените преследват явлението от 40 години. Ново изследване разклаща основите на класическата физика с подхода си.

От Силвия фон дер Вайден

Тайнствен материал преследва Вселената. Той оставя своя отпечатък върху орбиталните скорости на милиарди звезди в спиралните галактики, които подобно на нашия Млечен път се въртят около своите центрове. Всъщност скоростта на въртене на галактиките трябва да намалее навън като въртящо се огнено колело. Всъщност обаче скоростите на въртене остават същите дори с увеличаване на разстоянието от центъра. Следователно регионите трябва да съдържат много повече материя, отколкото количеството звезди и газ разкрива.

Още повече: невидимата материя държи галактиките заедно поради масовото си привличане, което иначе би било разкъсано от центробежната сила. Невидимият цимент на звездите не излъчва никаква радиация. Следователно не може да се измери директно: тъмната материя, както астрономите наричат явлението, се разкрива само косвено.

Тяхното влияние може да се наблюдава и в много по-големи структури във Вселената. Хиляди звездни системи бръмчат една около друга в могъщи купове галактики. Скоростите на галактиките са толкова големи, че гравитацията на видимата материя не би могла да задържи клъстера заедно: той отдавна би се взривил. За да могат галактиките да останат заедно в своите клъстери, трябва да има десет до сто пъти повече тъмна материя. Той дава структура на Вселената.

Сателитните измервания показват, че Вселената съдържа само четири процента от „нормалната“ материя, открита в звездите и планетите. Смята се, че 23 процента от масата в космоса се състои от тъмна материя. Като цяло въпросът ще има дял от почти 30 процента. Това е приблизително плътността на критичната маса, размерът, който позиционира Вселената на границата между вечното разширяване и колапс. Пропорцията на тъмната материя определя съдбата на Вселената. Нищо чудно, че учените преследват призрачния материал от 40 години.

Дълго време един кандидат беше неутрино, изключително лека, електрически неутрална елементарна частица. Изчисленията обаче показват, че общото му количество също е недостатъчно, за да се намали разликата в липсващата маса. Британският физик Стивън Хокинг предложи друга възможност. След това по време на Големия взрив трябваше да се образуват голям брой малки черни дупки. Такава мини дупка едва ли ще бъде по-голяма от елементарна частица, но тя ще има масата на планина. Досега обаче липсват преки доказателства както за тях, така и за тъмната материя.

Новият модел разклаща основите на физиката

Сега някои изследователи са загубили търпение. В специализираното списание "Астрономия и астрофизика" учени от Виенския технологичен университет и университета в Бон предлагат нов модел, който разклаща основите не само на класическата физика. Според това гравитацията би развила по-силна сила на привличане в по-големи мащаби, отколкото в ежедневния свят.

Вярно е, че могат да бъдат обяснени толкова много ефекти, които преди това са били приписвани на тъмната материя. Цената: гравитацията ще бъде променлива и ще загуби статута си на естествена константа. В своето проучване групата, ръководена от бонския астроном Павел Крупа и техните виенски колеги, използва примери, за да обясни подробно слабостите на предишните модели на тъмната материя. Заключение: „Трябва да започнем сериозно да обмисляме алтернативи.“ Това включва и адаптации към теорията за гравитацията на Нютон.

Много изследователи остават скептични

Марсел Павловски, астрофизик от университета в Бон и съавтор на изследването, също заема тази гледна точка. „Все още не съществува общоприета конкретна формулировка на модифицирана гравитация. Но има алтернативни модели “, казва той.

Но много изследователи остават скептични. Те критикуват алтернативните модели, че само обясняват за какво са пригодени. „Към днешна дата не е имало модификация на законите на гравитацията, която да обясни целия спектър от наблюдения във Вселената“, казва Саймън Уайт, директор на Института за астрофизика Макс Планк в Гархинг Проблемът обаче е, че някои от идеите за тъмната материя противоречат на наблюденията в нашия космически квартал. Изследователите от Бон обръщат внимание на това.

Поради масовото привличане на тъмната материя, може да се очаква, че поне хиляда сателитни галактики обикалят около доминиращия Млечен път и неговия съсед, галактиката Андромеда. Всъщност са само 25. Как да се измъкнем от дилемата?

Надеждите на много учени са насочени към големия ускорител на LHC в Женева. С негова помощ те искат да напреднат в енергийните диапазони, в които частиците, предвидени от теорията на суперсиметрията, се очакват за тъмната материя. Теоретиците вече са измислили име за кандидат-частиците: „Wimp“, което означава „слабо взаимодействащи, масивни частици.“ Дали те действително съществуват или не, ще бъде тест за съвременни модели на началото и края на света.