Temno snov iščejo na Zemlji, pod zemljo in v vesolju. Njegovi skrivnostni delci so znanstvenim instrumentom nevidni in se ne pokažejo nikjer. Vendar pa je bila zbrana trdna "baza dokazov" v prid njihovega obstoja. Ali imajo znanstveniki možnost, da kdaj odkrijejo temno snov?
Ključna sestavina vesolja
Delci temne snovi so se rodili kmalu po Velikem poku, ko je bilo vesolje vroča plazma. Ko so se ohlajali, so tvorili kepe, ki so sčasoma omogočile nastanek zvezd in galaksij. Če bi plazma vsebovala le navadne delce, ki tvorijo atome, bi jih sevanje odganjalo drug od drugega, ne da bi jim bilo mogoče oblikovati kakršne koli strukture. Gravitacijsko vezani predmeti so se pojavili dovolj hitro, kar pomeni, da jim je nekaj pomagalo. Neka ogromna snov jih je zadržala. Zdaj na noben način ne sodeluje z navadno snovjo, ne seva, zato je ne opazujemo na noben način.
Tako znanstveniki rekonstruirajo razvoj vesolja, ki bi bil brez sodelovanja temne snovi nepopoln. Do tega zaključka je v tridesetih letih prišel švicarski astronom Fritz Zwicky. Preučeval je kopice galaksij in se spraševal, zakaj se ne razpršijo. Konec koncev masa vidnih galaksij ni dovolj za zadrževanje kopice. Zato mora obstajati skrita masa. Kasneje je ta hipoteza našla številne potrditve nepravilnosti v hitrosti vrtenja galaksij: deli diskov daleč od središča se komaj upočasnijo, kot bi se, če bi bili sestavljeni samo iz zvezd.
Gravitacijsko leče omogoča posredno zaznavanje prisotnosti skrite mase. Ta učinek ustvarjata dve masivni galaksiji, ki se nahajata ena za drugo. Svetlobo iz oddaljene galaksije upogne gravitacijsko polje bližnje in tako kot v leči se prikaže njena slika. To omogoča nekaj vpogleda v temno snov v galaksijah, ki okoli njih tvorijo ogromen, neviden halo. Z uporabo različnih modelov znanstveniki izračunajo porazdelitev gostote temne snovi v halo in na tej podlagi ugibajo o strukturi.
Na levi strani - halo temne snovi v galaksiji NGC 4555.
Promocijski video:
Sestava temne snovi
Fiziki so nagnjeni k prepričanju, da temno snov sestavljajo nam neznani delci.
»Astrofizične metode opazovanja ne povedo ničesar o njihovih lastnostih. Možno je, da ne vplivajo na noben način, razen gravitacijske metode. Mogoče niti neposredni poskusi na Zemlji niti opazovanja v vesolju ne bodo privedli do ničesar. To je vedno treba upoštevati, «pravi RIA Novosti Dmitrij Gorbunov, dopisni član Ruske akademije znanosti, glavni raziskovalec Inštituta za jedrske raziskave Ruske akademije znanosti.
Kandidati za vlogo temnih delcev vključujejo ultralahke aksione, šibko delujoče delce (WIMP) in sterilni nevtrino, ki pomaga razložiti maso in nihanje sončnih nevtrinov.
»Najlažji sterilni nevtrino je lahko delček temne snovi. Ni stabilno, a živi zelo dolgo. V Galaksiji bi morali takšni delci razpadati v nevtrine in foton. Vrtijo se počasi (10-3 krat večja od svetlobne hitrosti), zato je v spektru fotonov pričakovan vrh v rentgenskem območju, «pravi znanstvenik.
Po njegovem mnenju bi bilo treba v orbito poslati dober spektrometer, ki bi poskušal registrirati takšne dogodke.
Pred dvema letoma sta Gorbunov s sodelavci oblikovala eno od hipotez o nestabilni komponenti temne snovi, da bi razložila neskladje v rezultatih poskusa vesoljskega teleskopa Planck, ki je meril relikvijsko sevanje. Morda je bila to napaka ali morda znak neke lastnosti temne snovi. Znanstveniki so predlagali, da je temna snov po sestavi heterogena in del do danes ni preživel.
V iskanju temnih delcev
Kako zajeti delce temne snovi je eno ključnih vprašanj v fiziki. Številni teoretiki in eksperimentatorji skušajo na to odgovoriti. Način opazovanja je odvisen od modela, v katerem so položene vse lastnosti hipotetičnega delca. Če predpostavimo, da je bila temna snov v ravnovesju v plazmi zgodnjega vesolja - in obstajali so tudi navadni delci -, pomeni, da nekako deluje z njimi. Od vseh znanih vrst interakcij, razen gravitacijske, je najprimernejša tista šibka, ki se pojavi med beta razpadom atomskega jedra.
"V tej predpostavki po ohladitvi primarne plazme ostane potrebna količina temne snovi," pojasnjuje Dmitrij Gorbunov.
Temelji delci se lahko na podlagi tega uničijo s tvorbo elektrona in pozitrona. Iščejo sledi teh uničenj, vendar je to v vsakem primeru posreden dokaz. Poleg tega so rezultati precej mehki, delci se odbijejo, letijo okoli Galaksije, izničijo, izgubijo energijo in tisto, kar doseže Zemljo, je težko razločiti v ozadju kozmičnih žarkov.
Temne delce poskušajo opazovati neposredno v podzemnih detektorjih nevtrinov. Pod zemljo se ozadje atmosferskih delcev zmanjšuje, snov detektorja se ohladi in počakati je treba, da nanjo zadene delček temne snovi. Ti dogodki so sami po sebi redki, kajti če delci sodelujejo, so šibki. Udar povzroči vzbujanje atoma in izbruh energije, kar zabeleži detektor.
Hkrati je nemogoče neskončno povečati prostornino detektorske snovi, da bi povečali verjetnost prehoda temnih delcev brez izgube občutljivosti. Poleg tega nevtrini motijo signal. Če ga želite prekiniti, boste morda morali zgraditi popolnoma nov detektor, da bo šel pod ta signal.
»Uporabiti je treba zaznavanje smeri udarca delca. To bo bistveno zatrlo ozadje, ker nevtrini letijo v smeri od Sonca, temna snov pa bo udarila v druge smeri, «natančno določa znanstvenik.
Tretja smer je ustvarjanje delca temne snovi zaradi trka navadnih delcev pri LHC in drugih pospeševalcih. Za opazovalca bo videti kot na primer foton, ki je odletel v stran. Po zakonu ohranjanja giba naj delček odleti tudi v drugo smer, vendar je ni. Torej je nevidna.
Zaenkrat noben od načinov za lovljenje delcev temne snovi ni bil uspešen. Niti ni jasno, kateri izmed njiju najbolj obeta.
Sestava vesolja / ilustracija RIA Novosti.
Tatiana Pichugina
