Večina Vesolja je sestavljena iz »materije«, ki je ni mogoče videti, morda nepomembne, in z drugimi stvarmi deluje samo s silo gravitacije. O ja, fiziki pa ne vemo, kaj je to ali zakaj je toliko vesolja v vesolju - približno štiri petine njegove mase.
Znanstveniki pravijo, da je temna snov.
Kje je torej ta skrivnostna zadeva, ki sestavlja tako velik kos našega vesolja, in kdaj jo bodo znanstveniki odkrili?
Kako vemo, da ta zadeva obstaja
Hipotezo o temni snovi je prvi predstavil švicarski astronom Fritz Zwicky v tridesetih letih prejšnjega stoletja, ko je spoznal, da njegove meritve mas galaksičnih grozdov kažejo, da je nekaj mase v vesolju "manjkalo". Karkoli galaksije naredi težje, ne oddaja nobene svetlobe in ne vpliva na nič drugega kot s pomočjo gravitacije.
Astronomka Vera Rubin je v 70. letih prejšnjega stoletja odkrila, da vrtenje galaksij ne sledi Newtonovemu zakonu gibanja; zvezde v galaksijah (zlasti Andromeda) so se vrtele okoli središča z enako hitrostjo, toda tiste dlje od zvezde se premikajo počasneje. Kot da nekaj doda maso na zunanji del galaksije, ki je nihče ne bi mogel videti.
Preostali dokazi izvirajo iz gravitacijske leče, ki nastane, ko gravitacija velikega predmeta upogne svetlobne valove okoli predmeta. Po teoriji splošne relativnosti Alberta Einsteina gravitacija upogne prostor (tako kot borec za sumo lahko deformira preprogo, na kateri stoji), tako da se svetlobni žarki upogibajo okoli velikih predmetov, čeprav je svetloba sama po sebi brez mase. Opazovanja so pokazala, da ni dovolj vidne mase, da bi lahko upognila svetlobo, tako kot okoli posameznih grozdov galaksije - z drugimi besedami, galaksije so bile bolj množične, kot bi morale biti.
Promocijski video:
Potem je tu še reliktno sevanje (CMB), "odmev" Velikega poka in supernov. "CMB nam sporoča, da je vesolje prostorsko ravno," je dejal Jason Kumar, profesor fizike na Havajski univerzi. "Prostorsko ravno" pomeni, da če potegnete dve črti skozi vesolje, se ti nikoli ne sekajo, tudi če so bile črte čez milijarde svetlobnih let. V strmo ukrivljenem vesolju se bodo te črte srečale v nekem trenutku v vesolju.
Med kozmologi in astronomi zdaj obstaja majhna polemika o tem, ali obstaja temna snov. Ne vpliva na svetlobo in se ne nabira kot elektroni ali protoni. Do zdaj se je izognilo neposrednemu odkrivanju.
"To je skrivnost," je dejal Kumar. Morda so znanstveniki poskušali "videti" temno snov - bodisi s pomočjo interakcije z navadno snovjo bodisi z iskanjem delcev, ki bi lahko bili temna snov.
Kaj temna materija ni
Veliko teorij je prihajalo in odhajalo o tem, kaj je temna snov. Eden prvih je bil povsem logičen: vprašanje se je skrivalo v množičnih astrofizičnih kompaktnih halo objektih (MACHO), kot so nevtronske zvezde, črne luknje, rjavi palčki in roparski planeti. Ne oddajajo svetlobe (ali oddajajo zelo malo), zato so teleskopom praktično nevidni.
Vendar raziskovanje galaksij, ki iščejo majhna izkrivljanja v zvezdni svetlobi, ki jih proizvaja MACHO, mimo - imenovanega mikrolesenja - ni znalo razložiti količine temne snovi okoli galaksij ali celo večine le-te. "Zdi se, da so MACHO izključeni kot kdaj koli prej," je dejal Dan Hooper, znanstveni sodelavec v Nacionalnem laboratoriju za pospeševanje Fermi v Illinoisu.
Zdi se, da temna snov ni oblak plina, ki ga ni mogoče videti skozi teleskope. Difuzni plin bo absorbiral svetlobo iz oddaljenih galaksij, na vrhu tega običajnega plina pa bodo oddajali sevanje pri daljših valovnih dolžinah - na nebu bo ogromna emisija infrardeče svetlobe. Ker se to ne zgodi, lahko to izključimo.
Kaj bi lahko bilo
Slabo interaktivni masivni delci (WIMP) so nekateri najmočnejši kandidati za razlago temne snovi. Wimps so težki delci - približno 10 do 100-krat težji od protona, ki so bili ustvarjeni v času velikega poka in ostanejo v majhnem številu še danes. Ti delci medsebojno delujejo z normalno snovjo s pomočjo gravitacije in šibkih jedrskih sil. Masivnejši WIMP se bodo počasneje premikali skozi vesolje in so zato kandidati za "hladno" temno snov, lažji pa hitreje in kandidati za "toplo" temno snov.
Eden od načinov, kako jih najti, je z "neposrednim odkrivanjem", kot je eksperiment Veliki podzemni ksenon (LUX), ki je posoda s tekočim ksenonom v rudniku Južne Dakote.
Drug način za prikaz wimps bi lahko bil s pospeševalnikom delcev. V notranjosti pospeševalcev se atomska jedra razbijajo s hitrostjo, ki je blizu hitrosti svetlobe, v procesu pa se ta kolizijska energija pretvori v druge delce, nekateri od njih so novi znanosti. Do zdaj niso našli ničesar pri pospeševalcih delcev, ki bi bili videti kot domnevna temna snov.
Druga možnost: osi. Te subatomske delce bi lahko posredno zaznali po vrstah sevanja, ki ga oddajajo, kako se uničijo ali kako razpadejo na druge vrste delcev ali se pojavijo v pospeševalcih delcev. Vendar tudi za osi ni neposrednih dokazov.
Ker odkritje težkih, počasnih "hladnih" delcev, kot so bodice ali osi, še ni prineslo rezultatov, nekateri znanstveniki proučujejo možnost lahkih, hitrejših premikajočih se delcev, ki povzročajo "toplo" temno snov. Pojavilo se je zanimanje za tak model temne snovi, potem ko so znanstveniki našli dokaze o neznanem delcu z rentgenskim opazovalnikom Chandra, v grozdu Perseus, skupini galaksij, ki so približno 250 milijonov svetlobnih let od Zemlje. Znani ioni v tem grozdu proizvajajo določene črte rentgenskih žarkov, zato so znanstveniki leta 2014 videli novo "linijo", ki bi lahko ustrezala neznanemu delcu svetlobe.
Če so delci temne snovi lahki, jih bodo znanstveniki težko našli neposredno, je povedala fizika na MIT Tracey Slater. Predlagala je nove vrste delcev, ki lahko sestavljajo temno snov.
"Temno snov z maso pod približno 1 GeV je res težko zaznati s standardnimi poskusi neposrednega odkrivanja, saj delujejo z iskanjem nepojasnjenih ponovitev atomskih jeder … toda ko je temna snov veliko lažja od atomskega jedra, je oddajna energija zelo majhna," je dejala Tracy Slater.
V iskanju temne snovi je bilo izvedenih veliko raziskav, in če sedanje metode ne bodo uspešne, bodo izvedene nove. Uporaba "tekočega" tekočega helija, polprevodnikov in celo pretrganje kemičnih vezi v kristalih so nekatere nove ideje za zaznavanje temne snovi.