Az univerzum tele van rejtvényekkel, de kevés olyan makacs – vagy olyan lenyűgöző –, mint a sötét anyag. Ezt a megfoghatatlan anyagot először Fritz Zwicky csillagász javasolta 1933-ban, és nem hajlandó betartani a szabályokat: nem ragyog, nem nyel el, és semmilyen módon nem lép kölcsönhatásba a fénnyel. Valójában egyáltalán nem láthatjuk. És mégis, láthatatlan vonzása galaxisokat formál, utalva arra, hogy valami hatalmas – és titokzatos – van odakint.
Közel 100 év elteltével és a NASA Fermi Gamma-ray űrteleszkópjának segítségével a kutatók végre először „láthatták meg” a sötét anyagot.
Ha ez igaznak bizonyul, az jelentős fejlemény lesz a tudomány számára. A sötét anyag azon képessége, hogy jól láthatóan elrejtőzzön, legendás. Nem láthatja egyetlen ember által készített eszköz sem, mert a sötét anyag nem tud semmilyen fényt kibocsátani, elnyelni vagy visszaverni, így az emberek és minden eszközünk így látja a dolgokat. Ez lenyűgözően megnehezíti a sötét anyag megtalálását.
Tomonori Totani, a Tokiói Egyetem csillagászprofesszora úgy véli, hogy sikerült neki ott, ahol annyi előtte kudarcot vallott. In egy tanulmány november 25-én megjelent a Journal of Cosmology and Astroparticle Physics folyóiratban, Totani azt állítja, hogy a sötét anyag két részecske egymásnak ütközésének melléktermékét figyelve találhatta meg a sötét anyagot.
Ne hagyja ki elfogulatlan műszaki tartalmainkat és laboratóriumi értékeléseinket sem. Adja hozzá a CNET-t preferált Google-forrásként.
Ennek a felfedezésnek a kulcsa az úgynevezett gyengén kölcsönható masszív részecskék, vagy röviden WIMP-k elméleti létezése. A WIMP-k a sötét anyag darabjai, amelyek nagyobbak, mint a protonok, és nem lépnek kölcsönhatásba más típusú részecskékkel. Amikor két WIMP ütközik egymással, a tudományos elmélet azt sugallja, hogy megsemmisítik egymást, és a keletkező reakció gamma-sugarakat hoz létre.
Totani a NASA Fermi gammasugár-űrteleszkópjának adatait használta fel, hogy megtalálja a megsemmisítési események gamma-sugárzását, ami, ha pontos, bebizonyítaná a sötét anyag létezését – vagy legalábbis a tudósokat a helyes útra tereli a létezésének megerősítéséhez.
A tudósok elmélete szerint az univerzum teljes tömegenergiájának nagyjából 27%-át sötét anyag teszi ki.
NASA Miért olyan nehéz megtalálni a sötét anyagot?
A NASA leírja a sötét anyag, mint „a láthatatlan ragasztó, amely összetartja az univerzumot”. A sötét anyag mindenütt jelen van. Az elméletek azt sugallják, hogy az anyagnak csak 5%-a a közönséges anyag, amit te és én láthatunk, míg a sötét anyag a torta 27%-át teszi ki. A többi sötét energia, ami az még egy rejtély hogy a tudománynak még meg kell oldania.
Ha több mint ötször annyi sötét anyag van, mint a normál anyagban, akkor miért olyan nehéz látni? A rövid válasz az, hogy a sötét anyag nem lép olyan kölcsönhatásba az anyaggal, amelyet az emberek a jelenlegi technológiánkkal észlelni tudnának.
Ez nem teljesen természetellenes. A tudománynak a fekete lyukak észlelése is nehezen megy. A fény nem tud kiszabadulni a fekete lyukból, így lehetetlen közvetlenül megfigyelni. Ehelyett a tudósok számos módszert fejlesztettek ki a fekete lyuk jelenlétének kimutatására a környező környezetre gyakorolt hatása alapján.
Az elméletek azt sugallják, hogy az anyagnak csak 5%-a a közönséges anyag, amit te és én láthatunk, míg a sötét anyag a torta 27%-át teszi ki.
A Cygnus X-1-et – a valaha észlelt első fekete lyukat – az úgynevezett akkréciós korongnak köszönhetően találták meg. Az akkréciós korongok gáz-, por-, plazma- és egyéb részecskék kavargó felhői, amelyek a fekete lyukak körül képződnek, és hajlamosak hatalmas mennyiségű röntgensugárzást kibocsátani. A kutatók megtalálták ezeket az intenzív röntgensugarakat, és arra a következtetésre jutottak, hogy egy fekete lyukból származnak. A első fotó egy fekete lyukról 2019-ben a látható rész a fekete lyuk akkréciós korongja, nem maga a fekete lyuk.
John Michell angol filozófus és pap 1783-ban fogalmazta meg először a fekete lyukak létezésének elméletét. Ez azt jelenti, hogy az emberiségnek 236 évbe telt egy fekete lyuk képének elkészítése, és még akkor sem láthatjuk a fekete lyukat a képen. Csak azért tudjuk, hogy ott van, mert látjuk az akkréciós korongját.
A sötét anyag észlelése sokkal nehezebb. Egyáltalán nem lép kölcsönhatásba az elektromágneses spektrummal, beleértve a látható fényt is. A fekete lyukakhoz hasonlóan a tudomány is felhasználta a környezetére gyakorolt hatását, hogy megpróbálja bizonyítani létezését.
Ez a jelenség 1933-ban kezdődött, amikor Fritz Zwicky csillagász ezt figyelte meg galaxisok a Coma-halmazban túl gyorsan mozogtak a benne lévő közönséges anyag mennyiségéhez képest. Zwicky arra a következtetésre jutott, hogy léteznie kell egy második típusú láthatatlan anyagnak, amely több gravitációs erőt ad hozzá, és egyfajta ragasztóként működik, amely összetartotta a halmazt.
Ezt az elméletet az idők során finomították, és további bizonyítékok is megjelentek. Egy példa a gravitációs lencseamely a gravitáció okozta fényhajlítás. A Bullet Cluster a legjobb példa arra, hogy ezt potenciálisan a sötét anyag okozza, de még nem bizonyították véglegesen.
A Golyóhalmaz körüli gravitációs lencse (itt kék színnel) az egyik legtisztább példa a sötét anyagnak a fényre gyakorolt gravitációs hatására.
A NASAStudy szerzője elmagyarázza, mit talált
Az évtizedek során a tudósok különféle javaslatokat tettek potenciális jelöltek hogy mik is valójában a sötét anyag részecskék. Az egyik ilyen elmélet a WIMP. Ezek az elméleti részecskék sokkal nagyobbak, mint a fotonok, és jellegzetes tulajdonságokkal rendelkeznek. Amikor összeütköznek, a tudomány azt jósolja, hogy elpusztítják egymást, ami gamma-sugarak kitörését eredményezi.
A NASA-nak van egy rövid videó itt ez megmutatja, hogy ez elméletben hogyan működne. Ezeket a gamma-sugárzást Totani véli megtalálni.
„20 gigaelektronvolt (vagy 20 milliárd elektronvolt, hatalmas energiamennyiségű) fotonenergiájú gamma-sugarakat észleltünk, amelyek halogén szerkezetben terjednek a Tejút-galaxis közepe felé” – mondta Totani. mondta a Phys.org-nak. „A gamma-sugárzás komponens szorosan illeszkedik a sötét anyag halójától elvárt alakhoz.”
Van itt egy keveset kicsomagolni, ezért további információkat kértem Totanitól. Elmondta, hogy galaxisunkban a csillagok „egy korongban oszlanak el, míg a sötét anyag halójáról azt gondolják, hogy gömbszerűen veszik körül”. Az elméleti sötét anyagból generált sugárzás a korongba jutna a gömb alakú helyéről, így Totaninak ötletet adna arról, hogy mit és hol keressen általában.
Miután odanézett, olyan sugárzást talált, amely szerinte „összeegyeztethető a sötét anyag előrejelzéseivel”.
Másképpen fogalmazva, a gamma-sugarak ott voltak, ahol lenniük kellett, azon a fotonenergia-szinten, amelyet a tudomány megjósolt, és a kibocsátás a sötét anyagra várt formában volt.
A NASA azt állítja, hogy a CL0024+17 klaszter körüli sötét gyűrű sötét anyag lehet.
NASA örökre megváltoztatja a tudományt
Totani ott találta a gamma-sugarakat, ahol lenniük kellett, és az előre jelzett erősséggel, tehát sötét anyagnak kell lennie, nem?
Nem pontosan.
Bár ezek az eredmények ígéretesek, nem feltétlenül bizonyítják a sötét anyag létezését. Az első lépés az lesz, hogy független kutatók ellenőrizzék Totani következtetéseit.
Totani tisztában van ezzel, és azt szeretné, ha független kutatók vizsgálnák meg az adatokat, hogy megkíséreljék megismételni megállapításait. Ez magában foglalja az univerzumban más forrásokból, például törpegalaxisokból származó gammasugárzás kibocsátásának mérését is, hátha valami más magyarázza az eredményeit.
„Ha igaz, a sötét anyag valódi természete, amely régóta a kozmológia legnagyobb rejtélye, feltárult.”
Tomonori Totani, a Tokiói Egyetem csillagászprofesszora
Jelenleg eredményeit nem lehet könnyen megmagyarázni egyetlen ismert gammasugár-kibocsátó forrással, de ez nem jelenti azt, hogy nem létezik ilyen. Az adatokat tesztelni és újra kell tesztelni, a kutatóknak pedig több információt kell behozniuk annak igazolására, hogy eredményei valóban a sötét anyaggal kapcsolatosak.
A tudomány el fogja húzni az időt, mert ha Totani valóban megtalálná a sötét anyagot, annak hatalmas következményei lennének. Megjegyzi, hogy egy új elemi részecske felfedezése, amely nem szerepel a részecskefizika jelenlegi szabványos modelljében, jelentős hatással lesz az alapvető fizikaelméletre. A sötét anyag felfedezése pedig segítene összerakni más kozmológiai rejtélyeket, mint például a a sötét energia természeteaz a láthatatlan erő, amely az univerzum gyorsított tágulását okozza.
„Ha igaz, a sötét anyag valódi természete, amely régóta a kozmológia legnagyobb rejtélye, feltárult” – mondta Totani.
