Z vsem našim razumevanjem zakonov fizike in uspehom standardnega modela ter splošne relativnosti obstaja v vesolju več opaznih pojavov, ki jih ni mogoče razložiti. Vesolje je polno skrivnosti, od nastanka zvezd do visokoenergijskih kozmičnih žarkov. Čeprav postopoma odkrivamo prostor zase, še vedno ne vemo vsega. Na primer, vemo, da temna snov obstaja, vendar ne vemo, kakšne so njene lastnosti. Ali to pomeni, da bi morali vse neznane učinke pripisovati manifestacijam temne snovi?
Skrivnosti o temni snovi je toliko, kolikor je dokazov o njenem obstoju. Toda očitati temno snov za vse skrivnostne manifestacije vesolja ni le kratkovidno, ampak tudi napačno. To se zgodi, ko znanstvenikom zmanjka dobrih idej.
Dve svetli veliki galaksiji v središču jate Koma, ki sta bili veliki več kot milijon svetlobnih let. Galaksije na obrobju kažejo na obstoj velikega halo temne snovi v kopici.
Temno snov najdemo povsod v vesolju. Prvič so ga posvetovali v tridesetih letih prejšnjega stoletja, da bi razložili hitro gibanje posameznih galaksij v jatah galaksij. To se je zgodilo, ker vsa navadna snov - snov, sestavljena iz protonov, nevtronov in elektronov - ni dovolj za razlago celotne količine gravitacije. Sem spadajo zvezde, planeti, plin, prah, medzvezdna in medgalaktična plazma, črne luknje in vse ostalo, kar lahko izmerimo. Kot dokazuje fizik Ethan Siegel, so dokazi, ki podpirajo temno snov, številni in prepričljivi.
Temna snov je potrebna za razlago:
- rotacijske lastnosti posameznih galaksij, - nastanek galaksij različnih velikosti, od orjaških eliptičnih do - galaksij velikosti Rimske ceste in majhnih pritlikavih galaksij v naši bližini, Promocijski video:
- interakcije med pari galaksij, - lastnosti kopic galaksij in jat galaksij v velikem obsegu, - vesoljsko omrežje, vključno z nitasto strukturo, - spekter nihanj kozmičnega mikrovalovnega ozadja, - opaženi učinki gravitacijskega lečenja oddaljenih mas, - opažena ločitev med vplivi gravitacije in prisotnostjo navadne snovi v trkih galaktičnih jat.
V majhnem obsegu posameznih galaksij in na celotnem vesolju je potrebna temna snov.
Če vse to postavimo v kontekst preostale kozmologije, verjamemo, da vsaka galaksija, vključno z našo, vsebuje ogromen, razpršen halo temne snovi, ki jo obdaja. Za razliko od zvezd, plina in prahu v naši galaksiji, ki so večinoma v disku, mora biti halo temne snovi sferičen, saj se za razliko od navadne (na osnovi atoma) snovi temna snov ne "izravna", ko jo stisnete … Tudi temna snov bi morala biti v bližini galaktičnega središča gostejša in segati desetkrat dlje od zvezd same galaksije. Na koncu bi morali biti v vsakem halou majhni grudice temne snovi.
Za reprodukcijo celotnega nabora zgoraj naštetih opazovanj, pa tudi drugih, temna snov ne sme imeti drugih lastnosti, razen naslednjih: imeti mora maso; mora delovati gravitacijsko; počasi se mora premikati glede na svetlobno hitrost; ne sme močno vplivati prek drugih sil. Vse. Kakršne koli druge interakcije so zelo omejene, vendar niso izključene.
Zakaj potem, kadar astrofizično opazujemo presežek običajnega delca določene vrste - fotonov, pozitronov, antiprotonov - ljudje najprej govorijo o temni snovi?
V začetku tega tedna je skupina znanstvenikov, ki je preučevala vire sevanja gama okoli pulsarjev, svoje ugotovitve objavila v Science. Pri svojem delu so poskušali bolje razumeti, od kod izvira pozitroni, ki smo jih opazili. Pozitroni, antipodi elektronov, se običajno rodijo na več načinov: ko se navadni delci pospešijo do dovolj visokih energij, ko trčijo z drugimi delci snovi in s proizvodnjo parov elektron-pozitron po Einsteinovi formuli E = mc2. Takšne pare ustvarjamo med fizičnimi eksperimenti in lahko astrofizično opazujemo nastajanje pozitrona, tako neposredno, pri iskanju kozmičnih žarkov kot posredno, pri iskanju energijskega podpisa elektronsko-pozitronskega izničenja.
Ti astrofizični pozitronski podpisi se pojavljajo v bližini galaktičnega središča in ciljajo na točkovne vire, kot so mikrokvazarji in pulsarji, ki se nahajajo v skrivnostnem predelu naše galaksije, znanem kot Veliki uničevalnik, in v delu razpršenega ozadja, katerega izvor ni znan. Gotovo je eno: vidimo več pozitronov, kot pričakujemo. In to je znano že dolgo. PAMELA ga je izmerila, Fermi ga je izmeril AMS na krovu ISS. V zadnjem času je observatorij HAWC izmeril izredno visokoenergijske gama žarke na ravni TeV in pokazal, da gre za močno pospešene delce, ki prihajajo iz srednjih nivojev pulzarjev. Toda na žalost to ni dovolj za razlago opaženega presežka pozitronov.
Iz neznanega razloga se pripoved ob vsakem merjenju presežka pozitronov, ob vsakem opazovanju astrofizičnega vira, ki ga ne razloži, pretaka v "ne moremo ga razložiti, zato je kriva temna snov." In to je slabo, ker obstaja veliko možnih astrofizičnih virov, ki ne zahtevajo ničesar eksotičnega, na primer:
- sekundarna proizvodnja pozitronov in gama žarkov z drugimi delci, - mikrokvazarji ali kaj drugega, ki hrani črne luknje, - zelo mladi ali zelo stari pulsarji, magnetarji, - ostanki supernove.
Ta seznam ni dokončen, vsebuje pa nekaj primerov, kaj bi lahko ustvarilo ta presežek.
Mnogi ljudje, ki delajo na tem področju, se odločijo za temno snov, ker bi bil preboj, če bi temna snov uničila in proizvedla gama žarke in delce navadne snovi. To bi bil sanjski scenarij za astrofizike, ki lovijo temno snov. Toda željno razmišljanje ni nikoli privedlo do večjih odkritij. Temna snov je sicer najpogosteje predstavljena kot razlaga za presežek pozitrona, vendar ni verjetno, da bi vesoljci razložili Tabbyjevo zvezdo.
Na vprašanje Brende Dingus, glavne preiskovalke za HAWC, je Ethan Siegel prejel naslednji komentar:
»Nedvomno obstajajo drugi viri pozitronov. Toda pozitroni se ne oddaljujejo daleč od svojih virov in v bližini ni veliko virov. Dva najboljša kandidata je odkril HAWC in zdaj vemo, koliko pozitronov proizvedejo. Vemo tudi, kako se ti pozitroni razpršijo od svojih virov; počasneje, kot je bilo pričakovano. Čeprav smo potrdili vire pozitronov v bližini, smo odkrili, da se pozitroni zelo počasi odmikajo od kraja izvora in zato ne ustvarjajo presežka pozitronov na Zemlji. Z odpravo ene možnosti naredimo druge možnosti bolj verjetne. Vendar to ne pomeni, da pozitroni MORAJO prihajati iz temne snovi. Ne mislimo resno."
Izjemno je, da pozitroni v podatkih HAWC predstavljajo le 1% pozitronov, ki so jih videli v drugih poskusih, in kažejo na nekaj drugega kot na junaka dneva. Ko opravimo opazovanje, ki je v nasprotju z našimi tradicionalnimi idejami, na primer s presežkom astrofizičnih pozitronov, ne smemo izključiti, da gre lahko za temno snov. Toda veliko bolj verjetno je, da drugi astrofizični procesi pojasnjujejo te učinke. Ko se v znanosti pojavi skrivnost, si vsi želijo revolucije, vendar pogosteje dobijo nekaj običajnega.
Ilya Khel