Tajemnicza materia, której nie widać

Ciemna materia nie emituje ani nie odbija światła, dlatego pozostaje niewidoczna dla teleskopów. Wiemy o jej istnieniu jedynie pośrednio – dzięki wpływowi, jaki wywiera na ruch galaktyk i strukturę Wszechświata. Szacuje się, że jest jej około pięć razy więcej niż zwykłej materii, z której zbudowane są planety, gwiazdy i my sami.

Reklama

Od lat naukowcy zadają sobie pytanie: czy ciemna materia podlega tym samym prawom fizyki co znana nam materia, czy może rządzą nią zupełnie inne, nieodkryte jeszcze siły?

Studnie grawitacyjne jako kosmiczne laboratorium

Aby odpowiedzieć na to pytanie, badacze przyjrzeli się zachowaniu galaktyk w tzw. studniach grawitacyjnych. Są to obszary zakrzywionej czasoprzestrzeni, powstające wokół masywnych obiektów, takich jak gromady galaktyk. Zwykła materia „wpada” do takich studni zgodnie z dobrze znanymi prawami fizyki – m.in. teorią względności Einsteina i równaniami Eulera.

Galaktyki w dużej mierze składają się z ciemnej materii, dlatego ich ruch stanowi doskonały wskaźnik jej zachowania. Naukowcy porównali prędkości galaktyk z głębokością studni grawitacyjnych, aby sprawdzić, czy ciemna materia reaguje wyłącznie na grawitację, czy też działa na nią dodatkowa, nieznana siła.

Reklama

Wynik zaskakująco „zwyczajny”

Analiza danych kosmologicznych wykazała, że ciemna materia zachowuje się niemal identycznie jak materia zwykła – wpada do studni grawitacyjnych dokładnie tak, jak przewidują klasyczne prawa fizyki. Oznacza to, że na obecnym etapie nie ma dowodów na istnienie tajemniczej „piątej siły”, która znacząco wpływałaby na jej ruch.

Badacze zaznaczają jednak, że jeśli taka siła istnieje, musi być bardzo słaba – nie silniejsza niż około 7% oddziaływania grawitacyjnego. W przeciwnym razie jej efekty byłyby już widoczne w dostępnych danych.

Co dalej z badaniami nad ciemną materią?

Choć wyniki badań przybliżają nas do zrozumienia natury ciemnej materii, zagadka wciąż nie została całkowicie rozwiązana. Kolejne eksperymenty, takie jak LSST czy DESI, dostarczą w nadchodzących latach znacznie dokładniejszych danych. Będą one na tyle czułe, że pozwolą wykryć nawet bardzo słabe oddziaływania – rzędu zaledwie 2% siły grawitacji.

To oznacza, że naukowcy mogą wkrótce odpowiedzieć na jedno z kluczowych pytań współczesnej kosmologii: czy ciemna materia jest „zwyczajna” w swoim zachowaniu, czy jednak skrywa przed nami zupełnie nowe prawa natury.

Zrozumienie natury ciemnej materii to klucz do poznania historii i przyszłości Wszechświata. To ona odpowiada za powstawanie galaktyk, ich rozmieszczenie i ewolucję kosmicznych struktur. Każde nowe odkrycie w tej dziedzinie przybliża nas do pełniejszego obrazu rzeczywistości – nawet jeśli dotyczy czegoś, czego wciąż nie potrafimy zobaczyć.

Źródło: Université de Genève