Jie ieško tamsiosios materijos Žemėje, po žeme ir kosmose. Jo paslaptingos dalelės yra nematomos mokslo instrumentams ir niekur nepasireiškia. Tačiau jų egzistavimui buvo surinkta tvirta „įrodymų bazė“. Ar mokslininkai turi galimybę kada atrasti tamsiąją medžiagą.
Pagrindinis visatos komponentas
Tamsiosios materijos dalelės gimė netrukus po Didžiojo sprogimo, kai visata buvo raudonai karšta plazma. Atvėsę jie suformavo grumstus, kurie galiausiai suteikė žvaigždžių ir galaktikų atsiradimą. Jei plazmoje būtų tik įprastos dalelės, sudarančios atomus, tada spinduliuotė atstumtų jas viena nuo kitos, neleisdama joms suformuoti jokių struktūrų. Gravitaciškai surišti daiktai pasirodė pakankamai greitai, o tai reiškia, kad kažkas jiems padėjo. Kažkokia didžiulė medžiaga juos sulaikė. Dabar jis niekaip nesąveikauja su įprasta materija, neišspinduliuoja, todėl jokiais būdais jos nestebime.
Taip mokslininkai rekonstruoja Visatos evoliuciją, kuri būtų neišsami be tamsiosios materijos dalyvavimo. Tokią išvadą dar 1930-aisiais padarė šveicarų astronomas Fritzas Zwicky. Tyrinėdamas galaktikų grupes, jis stebėjosi, kodėl jos neišsibarstė. Galų gale matomų galaktikų masės nepakanka, kad laikytųsi klasterio. Vadinasi, turi būti paslėpta masė. Vėliau ši hipotezė rado daugybę patvirtinimų apie galaktikų sukimosi greičio anomalijas: toli nuo centro esančių diskų dalys beveik nesulėtėja, kaip būtų, jei jos susidarytų tik iš žvaigždžių.
Gravitacinis objektyvavimas leidžia netiesiogiai nustatyti paslėptos masės buvimą. Šį efektą sukuria dvi viena už kitos išsidėsčiusios didžiulės galaktikos. Šviesą iš tolimos galaktikos lenkia netoliese esančios gravitacijos laukas, ir, kaip ir objektyve, pasirodo jos vaizdas. Tai suteikia tam tikrą supratimą apie tamsiąją medžiagą galaktikose, suformuojančiomis aplink juos didžiulę, nematomą aureolę. Naudodami įvairius modelius, mokslininkai apskaičiuoja tamsiosios medžiagos tankio pasiskirstymą aureolėje ir, remdamiesi tuo, spėja apie struktūrą.
Kairėje - tamsiosios medžiagos aureolė galaktikoje NGC 4555.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Tamsiosios medžiagos kompozicija
Fizikai linkę manyti, kad tamsioji materija susideda iš mums nežinomų dalelių.
„Astrofiziniai stebėjimo metodai nieko nepasako apie jų savybes. Gali būti, kad jie niekaip nebendrauja, išskyrus gravitacinį metodą. Gal nei tiesioginiai eksperimentai Žemėje, nei stebėjimai kosmose nieko nelems. Tai visada reikia nepamiršti “, - sako Rusijos mokslų akademijos narys korespondentas, Rusijos mokslų akademijos Branduolinių tyrimų instituto vyriausiasis mokslo darbuotojas Dmitrijus Gorbunovas.
Kandidatai į tamsių dalelių vaidmenį apima ultralengvus ašius, silpnai sąveikaujančias daleles (WIMP) ir sterilius neutrinus, kurie padeda paaiškinti saulės neutrinų masę ir svyravimus.
„Lengviausias sterilus neutrinas gali būti tamsiosios medžiagos dalelė. Jis nėra stabilus, tačiau gyvena labai ilgai. Galaktikoje tokios dalelės turėtų suirti į neutrinus ir fotoną. Jie sukasi lėtai (10-3 kartus viršija šviesos greitį), todėl fotonų spektre tikimasi maksimalios rentgeno spindulių srities “, - sako mokslininkas.
Anot jo, bandant užregistruoti tokius įvykius, į orbitą reikėtų nusiųsti gerą spektrometrą.
Prieš dvejus metus Gorbunovas su kolegomis modeliavo vieną iš hipotezių apie nestabilų tamsiosios materijos komponentą, kad paaiškintų „Planck“kosminio teleskopo eksperimento, kuris matavo relikvinę spinduliuotę, rezultatų neatitikimą. Galbūt tai buvo klaida, o gal tam tikros materijos savybės nurodymas. Mokslininkai teigė, kad tamsios medžiagos sudėtis yra nevienalytė ir dalis jos neišliko iki šių dienų.
Tamsių dalelių ieškojimas
Kaip užfiksuoti tamsiosios medžiagos daleles, yra vienas iš pagrindinių fizikos klausimų. Į tai bando atsakyti daugelis teoretikų ir eksperimentuotojų. Stebėjimo būdas priklauso nuo modelio, kuriame išdėstytos visos hipotetinės dalelės savybės. Jei manysime, kad tamsioji materija buvo pusiausvyroje ankstyvosios Visatos plazmoje - ir buvo ir paprastų dalelių - tai reiškia, kad ji kažkaip sąveikauja su jomis. Iš visų žinomų sąveikos rūšių, išskyrus gravitacinę, tinkamiausia yra silpna, kuri vyksta atominio branduolio beta skilimo metu.
"Remiantis šia prielaida, atvėsus pagrindinei plazmai, lieka reikalingas tamsiosios medžiagos kiekis", - paaiškina Dmitrijus Gorbunovas.
Tuo remiantis, susidarius elektronui ir pozitronui, tamsios dalelės gali būti sunaikintos. Jie ieško šių sunaikinimų pėdsakų, tačiau tai bet kuriuo atveju yra netiesioginiai įrodymai. Be to, rezultatai yra gana neryškūs, dalelės nukreipiamos, skraido aplink Galaktiką, sunaikina, praranda energiją, o tai, kas pasiekia Žemę, kosminių spindulių fone sunku atskirti.
Jie bando stebėti tamsiąsias daleles tiesiogiai požeminiuose neutrino detektoriuose. Po žeme atmosferos dalelių fonas mažėja, detektoriaus medžiaga atvėsta ir reikia palaukti, kol tamsiosios medžiagos dalelė ją pasieks. Šie įvykiai savaime yra reti, nes dalelė, jei ji sąveikauja, yra silpna. Smūgis sukelia atomo sužadinimą ir energijos pliūpsnį, kurį fiksuoja detektorius.
Tuo pačiu metu neįmanoma be galo padidinti detektoriaus medžiagos tūrio, kad padidėtų tamsių dalelių prasiskverbimo tikimybė neprarandant jautrumo. Be to, neutrinai trukdo signalui. Norėdami jį nutraukti, gali tekti pastatyti visiškai naują detektorių, kad jis eitų žemiau šio signalo.
„Būtina naudoti dalelių smūgio krypties nustatymą. Tai žymiai nuslopins foną, nes neutrinai skrenda kryptimi nuo Saulės, o tamsioji materija smogs kitomis kryptimis “, - patikslina mokslininkas.
Trečioji kryptis yra tamsiosios materijos dalelės sukūrimas dėl įprastų dalelių susidūrimo LHC ir kituose greitintuvuose. Stebėtojui tai atrodys, pavyzdžiui, fotonas, skrendantis į šoną. Pagal impulso išsaugojimo dėsnį dalelė taip pat turėtų išskristi kita kryptimi, tačiau jos nėra. Taigi ji nematoma.
Iki šiol nė vienas būdas sugauti tamsiosios medžiagos daleles nebuvo sėkmingas. Net neaišku, kuris iš jų yra perspektyviausias.
Visatos kompozicija / RIA Novosti iliustracija.
Tatjana Pičugina