Standardni model kozmologije nam pravi, da je le 4,9% vesolja narejeno iz navadne snovi (kar lahko vidimo), medtem ko je ostalo 26,8% temne snovi in 68,3% temne. energija. Kot pove že ime teh konceptov, jih ne moremo videti, zato mora njihov obstoj izhajati iz teoretičnih modelov, opazovanj obsežne strukture vesolja in očitnih gravitacijskih učinkov, ki se pojavijo na vidni snovi.
Odkar se o tem prvič govori, zagotovo ne manjka ugibanj o tem, kako izgledajo delci temne snovi. Ne tako dolgo nazaj so številni znanstveniki začeli razmišljati, da temno snov sestavljajo šibko medsebojno delujoči masivni delci (WIMP, WIMP), ki so približno 100-krat večji od mase protona, vendar medsebojno delujejo kot nevtrini. Kljub temu vsi poskusi iskanja WIMP s poskusi pospeševalnika delcev niso privedli do nič. Zato so znanstveniki začeli razvrščati možne alternative sestavi temne snovi.
Sodobni kozmološki modeli ponavadi domnevajo, da je masa temne snovi znotraj 100 GeV (gigaelektronvolt), kar ustreza mejnim masam številnih drugih delcev, ki medsebojno delujejo s pomočjo šibke jedrske sile. Obstoj takega delca bi ustrezal supersimetrični razširitvi standardnega modela fizike delcev. Poleg tega se domneva, da bi se morali takšni delci roditi v vročem, gosto, zgodnjem vesolju z gostoto snovi, ki je ostala nespremenjena do danes.
Vendar pa tekoči poskusi za identifikacijo WIMP niso našli konkretnih dokazov o obstoju takih delcev. Vključevala je iskanje izdelkov za izničenje WIMP (gama žarki, nevtrini in kozmični žarki) v bližnjih galaksijah in jatah ter poskusi neposrednega odkrivanja delcev z uporabo superkolidarjev, kot je LHC.
S supersimetrijo se wimpi med seboj izničijo in ustvarijo kaskado delcev in sevanja, vključno z gama žarki srednje energije
Številni znanstveniki, ki niso našli ničesar, so se odločili, da se odmaknejo od paradigme WIMP in poiščejo temno snov drugje. Ena takih skupin kozmologov CERN in CP3-Origins na Danskem je nedavno objavila študijo, ki kaže, da je temna snov lahko veliko težja in šibkejša za interakcijo, kot so mislili prej.
Eden od članov raziskovalne skupine CP-3 Origins, dr. McCullen Sandora, je spregovoril o prizadevanjih svoje ekipe:
Promocijski video:
»Scenarija WIMP še ne moremo izključiti, vendar vsako leto sumimo vedno več, kot da nismo ničesar videli. Poleg tega ima običajni šibki obseg fizike težave s hierarhijo. Nejasno je, zakaj so vsi delci, ki jih poznamo, tako lahki, še posebej, če pogledamo naravno gravitacijsko lestvico, Planckovo lestvico, ki znaša približno 1019 GeV. Torej, če bi bila temna snov bližje Planckovi lestvici, nanjo ne bi vplival problem hierarhije, kar bi tudi pojasnilo, zakaj nismo videli podpisov, povezanih z WIMP."
Z novim modelom, ki ga imenujejo Planckova interakcijska temna snov (PIDM), znanstveniki preiskujejo zgornjo mejo mase temne snovi. Medtem ko WIMP postavljajo maso temne snovi na zgornji konec elektrošibke lestvice, je danska raziskovalna skupina Martias Garney, McCullen Sandora in Martin Slot predlagala delček z maso, ki je v povsem drugem naravnem merilu - Planckova lestvica.
Na Planckovi lestvici ena masna enota ustreza 2,17645 x 10-8 kilogramov - približno mikrogram ali 1019-krat večja od mase protona. Pri tej masi je vsak PIDM v bistvu tako težek, kot je lahko delček, preden postane miniaturna črna luknja. Skupina je tudi predlagala, da ti delci PIDM z navadno snovjo delujejo le gravitacijsko in da jih je veliko nastalo v zelo zgodnjem vesolju v obdobju močnega segrevanja - obdobju, ki se je začelo na koncu inflacijske dobe, nekje od 10-36 do 10- 33 ali 10-32 sekund po velikem poku.
Ta doba je tako imenovana, ker naj bi se v času inflacije vesoljske temperature znižale 100.000-krat. Ko se je inflacija končala, so se temperature vrnile na svojo predinflacijsko raven (približno 1027 Kelvinov). V tem času je večina potencialne energije inflacijskega polja razpadla na delce Standardnega modela, ki so napolnili Vesolje in med njimi tudi temno snov.
Seveda nova teorija prinaša svoj delež posledic za kozmologe. Na primer, da bi ta model lahko deloval, mora biti temperatura ogrevalne dobe višja, kot je trenutno domnevano. Poleg tega bi vroče ogrevalno obdobje ustvarilo tudi več primarnih gravitacijskih valov, ki bi se odražali v kozmičnem mikrovalovnem ozadju (CMB).
"Ta visoka temperatura nam o inflaciji pove dve zanimivi stvari," pravi Sandora. - Če je temna snov PIDM: najprej je inflacija potekala pri zelo visokih energijah, kar bi povzročilo ne le nihanja temperature zgodnjega vesolja, temveč tudi samega prostora-časa v obliki gravitacijskih valov. Drugič, govori nam, da bi morala energija inflacije izredno hitro razpadati v snov, kajti če bi trajalo dolgo, bi se vesolje lahko ohladilo do točke, po kateri sploh ne bi več moglo proizvajati PIDM.
Obstoj teh gravitacijskih valov je mogoče potrditi ali izključiti v prihodnjih študijah kozmičnega mikrovalovnega ozadja. To je izjemno vznemirljiva novica, saj naj bi nedavno odkritje gravitacijskih valov vodilo k ponovnim prizadevanjem za odkrivanje prvotnih valov, ki so zakoreninjeni v samem ustvarjanju vesolja.
Kot je pojasnila Sandora, vse to za znanstvenike predstavlja jasen win-win scenarij, saj bo najnovejši kandidat za temno snov v bližnji prihodnosti bodisi odkrit ali ovržen.
»Naš scenarij daje železno napoved: gravitacijske valove bomo videli v naslednji generaciji poskusov z vesoljskim mikrovalovnim ozadjem. To pomeni, da je to win-win: če jih vidimo, je super in če jih ne vidimo, bomo vedeli, da temna snov ni PIDM, iz česar sledi, da je treba pričakovati nekaj njenega medsebojnega delovanja z navadno snovjo. Če se vse to zgodi v naslednjih desetih letih, lahko samo nestrpno čakamo."
Odkar je Jacobus Kaptein leta 1922 prvič predlagal obstoj temne snovi, znanstveniki iščejo neposredno potrditev njenega obstoja. Eden za drugim so bili predlagani kandidati med delci - od gravitina do aksionov, ki so bili predvajani in prešli na področje večnega iskanja. No, če tega zadnjega kandidata nedvoumno zavrnejo ali potrdijo, ta možnost že ni slaba.
Konec koncev, če bo potrjena, bomo razrešili eno največjih kozmoloških skrivnosti vseh časov. Bodimo korak bližje k razumevanju vesolja in tega, kako njegove skrivnostne sile medsebojno delujejo.
