Kitartóan keresik a sötét anyagot a fizikusok. Mértékadó becslések szerint a világegyetem anyagának mintegy 22%-a sötét anyag. Azért sötét, mert nem bocsát ki fényt, sem másféle, számunkra érzékelhető sugárzást. Sötétnek nevezhetjük azért is, mert egyelőre a sötétben tapogatózunk mibenlétét illetően. Ugyancsak ismeretlen jellege miatt kapta a sötét jelzőt az az energia, amely a gravitáció ellen hatva a világegyetem egyre gyorsuló tágulását okozza, ennek arányát 73%-ra teszik az össztömegben, így mindössze 5% marad a világegyetem látható, ismert összetevőire, a csillagokra.
A sorozat 1. részében bemutattuk a sötét anyag lehetséges alkotórészeit és a megismerésükre indított fizikai kísérletek egy részét. A 2. részben folytattuk a feltételezett WIMP (Weakly Interacting Massive Particle, gyengén kölcsönható, tömeggel rendelkező) elemi részecskék kimutatására törekvő többi kísérlet ismertetését. A földi mérések után a 2. és 3. részben az égi jelek keresését mutattuk be.
Gyártsunk sötét anyagot
A feltételezett részecskéknek eddig sem földalatti laboratóriumokban, sem az égbolt fürkészése közben nem bukkantak nyomára. A természet folyamatait figyelve ki vagyunk szolgáltatva a véletlen játékának. Ezért könnyebb bármilyen jelenséget úgy tanulmányozni, hogy magunk idézzük elő az általunk választott helyen és időben. A részecskefizikai laboratóriumok gyorsítóberendezései is ilyen célt szolgálnak. A CERN-ben jövőre üzembe álló LHC gyorsítóban a protonok hétszer nagyobb energiával ütköznek össze, mint az eddig legnagyobb energiájú gyorsítóberendezésben. Ha a szuperszimmetria elméletnek megfelelően léteznek az ismert részecskék szuperpartnerei, akkor nagy számban jelenhetnek meg az LHC detektoraiban. Optimista kutatók szerint 1-2 év alatt tisztázhatják a sötét anyag részecskéinek tulajdonságait. A nemleges eredmény is hasznosul. Ha nem találnak szuperpartnereket, akkor pontosítják az elméletet, az előrejelzéseket. Még el sem indult a több évtizedes működésre tervezett LHC, a fizikusok máris nekiláttak egy még nagyobb energiájú részecskegyorsító, a 40 km hosszú International Linear Collider tervezésének.
Nincs sötét anyag?
A sötét anyag titkainak feltárásában az lenne a legkedvezőbb, ha elő tudnánk állítani a laboratóriumban és megtalálnánk galaxisunkban is, majd bebizonyosodna, hogy ugyanarról az anyagról van szó. Miközben rengetegen dolgoznak világszerte a sötét anyag részecskéinek megtalálásán, a sötét anyag létezését kétségbe vonó elméleteket is kidolgoztak.
Négy elméleti fizikus új modellt ad: nem számolnak sötét energiával, sem más új összetevővel a világegyetemben, a magyarázatot a világegyetem inflációjában vélik megtalálni. A modern kozmológiában elfogadott modell szerint a világegyetem valamikor történetének még nagyon kezdeti szakaszában hihetetlenül gyorsan tágult, ez volt az inflációs időszak. Az új elméletben feltételezik, hogy nagyon nagy hullámhosszú, a megfigyelhető univerzumnál nagyobb hullámhosszú kozmológiai perturbációk mennek végbe. A megfigyelő tapasztalata a perturbációk időbeli változásától függ, így egyes esetekben gyorsuló tágulást észlelhetünk. A hosszú hullámhosszú perturbációk az inflációból erednek. A látható világegyetem csak egy kicsiny része az infláció előtti univerzumnak. Vagyis a gyorsuló világegyetem benyomása azért keletkezik, mert nem vagyunk képesek az egész képet áttekinteni.
Egy másik merész új elmélet szerint azért nincs szükség sötét anyag létezésének feltételezésére, mert a tér-időt egy éternek nevezett erőtér hatja át és módosítja a kutatók szerint, ezzel felerősíti a testek gravitációs hatását. Nem kell új, ismeretlen részecskéket keresni, a galaxisok mozgása a ma ismert, látható tömegekkel is leírható, ha ezeknek a testeknek a tömegvonzása nagyobb, mint az a relativitáselméletből következne. Kell tehát léteznie egy olyan hatásnak, ami felerősíti a gravitációt. Glenn Starkman szerint ez lenne az általa éternek nevezett, a tér-időt átjáró új erőtér.
Mások korábban a gravitációs törvény megváltoztatását vetették fel. Az eredeti, Newton-féle törvény szerint két test között a tömegvonzás a távolság négyzetével arányosan csökken. A MOND (módosított newtoni dinamika) vagy MOG (módosított gravitáció) elmélet szerint az eddigi törvény csak egy gyorsulási küszöbérték felett lenne érvényes, az alatt lassabban változik a tér. A tér lassabb változása a korábbinál erősebb tömegvonzást jelent, tehát ebben a modellben is felerősödik a gravitáció, szükségtelenné válik egzotikus részecskék keresése.
Találtak már az elmélet ellen szóló bizonyítékot. A két galaxishalmaz összeolvadásából formálódott Lövedék-galaxishalmaz anyageloszlásának elemzése arra vezetett, hogy a sötét anyag valóban anyag a szó eredeti értelmében, és nem a gravitáció valamilyen, a MOND vagy a Starkman elmélet szerinti felerősödése. A kézirat zárásakor érkezett a hír: kanadai kutatók a Hubble-, a Chandra- és a Spitzer-űrteleszkóp felvételei alapján újra értékelték a Lövedék-galaxishalmaz anyageloszlását, szerintük a módosított gravitáció elmélet és nem a sötét anyag adja a jó leírást.
Hozzászólások