Turint omenyje visus fizikos dėsnius ir standartinio modelio sėkmę bei bendrą reliatyvumą, Visatoje yra daugybė pastebimų reiškinių, kurių negalima paaiškinti. Visata yra pilna paslapčių, pradedant žvaigždžių formavimu ir baigiant didelės energijos kosminiais spinduliais. Nors pamažu atrandame sau erdvę, vis tiek nežinome visko. Pavyzdžiui, mes žinome, kad tamsioji materija egzistuoja, tačiau nežinome, kokios yra jos savybės. Ar tai reiškia, kad visus nežinomus padarinius turėtume priskirti tamsiosios materijos apraiškoms?
Apie tamsiąją materiją yra tiek paslapčių, kiek yra jos egzistavimo įrodymų. Tačiau dėl visų paslaptingų kosmoso apraiškų kaltinti tamsiąją materiją yra ne tik trumparegystė, bet ir neteisinga. Taip nutinka, kai mokslininkams pritrūksta gerų idėjų.
Dvi ryškios didelės galaktikos Komos klasterio centre, kurių kiekvienos dydis viršija milijoną šviesmečių. Pakraštyje esančios galaktikos rodo, kad visame klasteryje egzistuoja didelė tamsiosios medžiagos aureolė.
Tamsioji materija yra visur Visatoje. Pirmą kartą buvo konsultuojamasi praėjusio amžiaus 4 dešimtmetyje, siekiant paaiškinti greitą atskirų galaktikų judėjimą galaktikų grupėse. Taip atsitiko todėl, kad visos įprastos materijos - medžiagos, sudarytos iš protonų, neutronų ir elektronų - nepakanka paaiškinti bendrą gravitacijos kiekį. Tai apima žvaigždes, planetas, dujas, dulkes, tarpžvaigždinę ir tarpgalaktinę plazmą, juodąsias skyles ir visa kita, ką galime išmatuoti. Tamsiąją materiją palaikančių įrodymų yra daug ir įtikinamų, kaip pažymėjo fizikas Ethanas Siegelis.
Tamsioji materija reikalinga paaiškinti:
- atskirų galaktikų sukimosi savybės, - įvairaus dydžio galaktikų susidarymas, nuo milžiniškų elipsinių iki - Paukščių Tako dydžio ir mažų nykštukų galaktikų šalia mūsų, Reklaminis vaizdo įrašas:
- galaktikų porų sąveika, - didelio masto galaktikų grupių ir galaktikų grupių savybės, - kosminis tinklas, įskaitant jo siūlų struktūrą, - kosminio mikrobangų fono svyravimų spektras, - pastebėtas tolimų masių gravitacinio objektyvavimo poveikis, - pastebėtas gravitacijos poveikio ir paprastosios medžiagos buvimo susidūrimas susidūrus su galaktikų sankaupomis.
Mažoje atskirų galaktikų ir visos Visatos skalėje reikalinga tamsioji materija.
Visa tai vertinant likusios kosmologijos kontekste, manome, kad kiekvienoje galaktikoje, taip pat ir mūsų pačioje, yra didžiulė difuzinė tamsiosios materijos aureolė. Skirtingai nuo žvaigždžių, dujų ir dulkių, esančių mūsų galaktikoje, kurios dažniausiai yra diske, tamsiosios medžiagos aureolė turėtų būti sferinė, nes, priešingai nei įprastos (atomo pagrindu) medžiagos, tamsioji materija „nesusiploja“, kai ją spaudžiate. … Be to, tamsioji materija turėtų būti tankesnė šalia galaktikos centro ir išsiplėsti dešimt kartų toliau nei pačios galaktikos žvaigždės. Galiausiai kiekvienoje aureolėje turėtų būti nedideli tamsiosios medžiagos gabalėliai.
Tam, kad būtų atkurtas visas aukščiau išvardytų stebėjimų rinkinys, kaip ir kitų, tamsioji materija neturėtų turėti jokių kitų savybių, išskyrus šias: ji turėtų turėti masę; jis turi sąveikauti gravitaciškai; jis turi judėti lėtai, palyginti su šviesos greičiu; ji neturėtų stipriai sąveikauti per kitas jėgas. Viskas. Bet kokia kita sąveika yra labai ribota, tačiau neatmetama.
Kodėl tada, kai astrofizinis stebėjimas atliekamas su tam tikros rūšies paprastos dalelės - fotonų, pozitronų, antiprotonų - pertekliumi, žmonės pirmiausia kalba apie tamsiąją medžiagą?
Šios savaitės pradžioje mokslininkų grupė, tirianti gama spinduliuotės aplink pulsorius šaltinius, paskelbė savo išvadas „Science“. Savo darbe jie bandė geriau suprasti, iš kur atsirado mūsų stebėtas pozitronų perteklius. Pozitronai, elektronų antipodai, dažniausiai gimsta keliais būdais: kai įprastos dalelės pagreitėja iki pakankamai didelių energijų, kai jos susiduria su kitomis materijos dalelėmis, ir gaminant elektronų-pozitronų poras pagal Einšteino formulę E = mc2. Tokias poras kuriame fizinių eksperimentų metu ir galime astrofiziškai stebėti pozitrono kūrimą tiek tiesiogiai, ieškodami kosminių spindulių, tiek netiesiogiai, ieškodami elektronų-pozitronų sunaikinimo energetinio parašo.
Šie astrofiziniai pozitrų parašai įvyksta netoli galaktikos centro, nukreipiantys į taškinius šaltinius, tokius kaip mikrokvazarai ir pulsarai, esantys paslaptingame mūsų galaktikos regione, vadinamame Didžiuoju sunaikintoju, ir dalyje difuzinio fono, kurio kilmė nežinoma. Aišku viena: mes matome daugiau pozitronų, nei tikimės. Ir tai buvo žinoma jau seniai. PAMELA jį išmatavo, Fermi išmatavo, AMS laive ISS išmatavo. Visai neseniai HAWC observatorija matavo ypač daug energijos turinčius TeV lygio gama spindulius ir parodė, kad tai yra labai pagreitintos dalelės, gaunamos iš vidutinio lygio pulsarų. Bet, deja, to nepakanka paaiškinti pastebėtą pozitronų perteklių.
Kažkodėl, atliekant kiekvieną pozitronų pertekliaus matavimą, kiekvieną astrofizinio šaltinio stebėjimą, kuris jo nepaaiškina, pasakojimas patenka į „mes negalime jo paaiškinti, todėl kalta tamsioji materija“. Tai yra blogai, nes yra daugybė galimų astrofizinių šaltinių, kuriems nereikia nieko egzotiško, pavyzdžiui:
- antrinė pozitronų ir gama spindulių gamyba iš kitų dalelių, - mikrokvazarai ar kažkas kitas, maitinantis juodąsias skyles, - labai jauni arba labai seni pulsarai, magnetarai, - supernovos likučiai.
Šis sąrašas nėra galutinis, tačiau pateikiama keletas pavyzdžių, kaip sukurti šį perteklių.
Daugelis žmonių, dirbančių šioje srityje, renkasi tamsiąją medžiagą, nes tai būtų proveržis, jei tamsioji medžiaga sunaikintų ir gamintų gama spindulius ir paprastosios materijos daleles. Tai būtų svajonių scenarijus astrofizikams, ieškantiems tamsiosios materijos. Tačiau noras niekada nesukėlė didelių atradimų. Nors tamsioji materija dažniausiai pateikiama kaip pozitrų pertekliaus paaiškinimas, ji nėra labiau tikėtina nei ateivių, aiškinančių žvaigždę „Tabby“.
Paprašęs paaiškinimo iš HAWC vyriausiosios tyrėjos Brendos Dingus, Ethanas Siegelas gavo tokį komentarą:
„Be abejonės, yra ir kitų pozitronų šaltinių. Tačiau pozitronai nenuklysta toli nuo savo šaltinių, o šalia jų nėra daug. Du geriausius kandidatus atrado HAWC, ir dabar mes žinome jų gaminamų pozitronų skaičių. Mes taip pat žinome, kaip šie pozitronai pasklinda iš savo šaltinių; lėčiau nei tikėtasi. Nors patvirtinome netoliese esančius pozitronų šaltinius, pastebėjome, kad positronai labai lėtai tolsta nuo savo kilmės vietos, todėl Žemėje nesukuria positronų pertekliaus. Pašalinę vieną galimybę, mes labiau tikime kitas galimybes. Tačiau tai nereiškia, kad pozitronai PRIVALO būti iš tamsiosios materijos. Mes to neturime omenyje “.
Įdomu tai, kad HAWC duomenų positronai sudaro tik 1% kitų eksperimentų metu matytų pozitronų, nurodydami, kad kažkas kitas yra šios dienos herojus. Atliekant pastebėjimą, kuris prieštarauja mūsų tradicinėms idėjoms, kaip ir astrofizinių pozitronų pertekliui, nereikėtų atmesti galimybės, kad gali būti tamsioji materija. Tačiau daug labiau tikėtina, kad kiti astrofiziniai procesai paaiškina šiuos padarinius. Kai moksle atsiranda paslaptis, visi nori revoliucijos, tačiau dažniausiai gauna kažką įprasto.
Ilja Khelis