Materie neagrăCare este compoziţia Universului? Cum vom vedea, mare parte din Univers este alcătuit dintr-o formă de materie şi energie numite negre. Din ce ar putea fi compusă însă materia neagră, această faţă ascunsă a Universului? Cât reprezintă aceasta din tot ce există?

 

 

 

Vom explica în acest articol, pe scurt, cum a luat naştere noţiunea de materie neagră şi vom discuta eventuala compoziţie a acesteia.

Reţeta Universului

Câtă materie există în Univers? Evident vorbim despre Universul observabil, cel pe care îl putem vedea şi studia de exemplu cu telescoapele, şi nu facem speculaţii cu privire la definiţii alternative ale Universului (care văd Universul observabil ca fiind doar o parte dintr-un univers mai extins pe care însă nu-l putem observa, deoarece lumina emisă din acest Univers mai mare nu ar fi avut timp să ajungă încă la noi).

Întrebare extrem de dificilă, la care însă la ora actuală există un răspuns uimitor: cea mai mare parte a materiei în Univers este „neagră” şi constituie aşa-zisa faţă invizibilă a Universului.
Materia „ordinară”, vizibilă (deci cea care emite sau interacţionează cu radiaţia electromagnetică, din cadrul căreia face parte şi lumina), reprezentată de exemplu de stele, de planete şi de gazul interstelar, deci din particule pe care le cunoaştem, cele din cadrul Modelului Standard al Fizicii Particulelor Elementare, este doar circa a cincea parte din totalul de materie din Univers.

Restul, aproximativ 80%, este reprezentat de o formă de materie care are efecte gravitaţionale – aşa a fost descoperită – la nivel de galaxii sau roiuri de galaxii, dar nu ştim din ce ar putea fi alcătuită. Această formă de materie nu emite lumină – motiv pentru care a căpătat numele de „materie neagră” (dark matter). Situaţia este şi mai complicată dacă vorbim de cantitatea totală de energie din Univers, deci nu doar de materie.

 

Materie neagră animaţie

Materie neagră (concepţie artist)
credit: djsmalley.deviantart.com


Materia neagră

Materia „neagră” a fost postulată, ca o materie lipsă, de către Fritz Zwicky în 1934 pentru a explica viteza (orbitală) de rotaţie a galaxiilor în grupările de galaxii, aşa-numitele roiuri (clustere) de galaxii.

Această viteză depinde, fiind un efect al forţei gravitaţionale, de cantitatea de materie aflată în interiorul orbitei de rotaţie, în mod asemănător vitezei de rotaţie a planetelor din sistemul Solar, care depinde de masa Soarelui (evident şi de distanţa faţă de acesta) şi, cu o contribuţie foarte mică, de masa planetelor din interiorul orbitelor acestora. Ei bine, viteza de rotaţie a galaxiilor corespundea unei mase mult mai mari decât cea observată, de unde Zwicky a postulat existenţa unei materii lipsă.

La sfârşitul anilor ’60, începutul anilor ’70 astronoma Vera Rubin a efectuat măsurători de precizie ale vitezei de rotaţie ale stelelor în galaxiile cu formă spirală, în special ale stelelor aflate în „periferia” galaxiilor. În urma acestor măsurători a văzut că aceste viteze rămân practic constante pe măsură ce ne îndepărtam de galaxie, în loc să se reducă, cum ar fi fost de aşteptat, dat fiind faptul că distanţa creşte iar cantitatea de materie conţinută în interiorul orbitei ar fi trebui să rămână aproape constantă. Este ca şi cum galaxiile ar fi învăluite de un strat (halo) de materie „neagră” care are o contribuţie gravitaţională importantă.

Există la ora actuală multe alte „dovezi” ale efectelor gravitaţionale ale materiei „întunecate”, printre care amintim efectul de lentilă gravitaţională (un efect prevăzut de teoria relativităţii generale a lui Einstein). Acest efect constă în faptul că lumina de la obiecte îndepărtate în drum spre noi parcurge traiectorii care depind de cantitatea de materie pe lângă care trece, deformându-se, ca şi cum ar străbate o lentilă. Au fost efectuate măsurători care au demonstrat că efectul de „lentilă gravitaţională” corespunde unei cantităţi de materie mult mai mari decât cea observată – deci din nou prezenţei de „materie neagră”. Ba mai mult, astronomii au descoperit în roiul de galaxii Abel 520 o regiune, Train Wreck Cluster, în care materia „neagră” pare separată de materia normală – deci o regiune alcătuită doar din materie „neagră”! Există chiar şi un efect bizar, numit Flyby anomaly, care ar putea avea o explicaţie legată de prezenţa materiei negre în jurul planetei noastre – vom reveni cu detalii despre acest interesant efect.

Au fost obţinute şi posibile semnale indirecte ale prezenţei acestei materii negre de către experimentul DAMA/LIBRA la laboratorul subteran de la Gran Sasso (Italia) sau de experimentul PAMELA, instalat într-un satelit.



Despre materia neagră în cadrul podcast-ului video al emisiunii NOVA ScienceNOW, show de popularizare a ştiinţei difuzat de PBS şi prezentat de fizicianul Neil deGrasse Tyson


Ce ar putea fi materia neagră?


Există teorii care nu au nevoie de materia „neagră” – care pun, de pildă, efectele măsurate, pe seama necesităţii modificării legilor gravitaţiei (de exemplu teoria MOND – Modified Newtonian Dynamics).

La ora actuala însă, pare mai plauzibilă existenţa reală a materiei „negre”, decât modificarea legilor gravitaţiei. Continuă însă, în paralel cu căutarea experimentală a materiei „negre”, şi activitatea celor care lucrează la modificarea legilor gravitaţiei şi studiul posibilelor efecte observabile ale acestei modificări.

Din ce ar putea fi alcătuită materia „neagră”? Există multe ipoteze, care văd particule încă nedetectate, care nu fac parte din modelul standard, însă ar putea fi prezente în alte modele (cum ar fi cel supersimetric) ca eventuali candidaţi pentru materia „neagră”: neutrini sterili, particule super-simetrice, cum ar fi neutralino, axion etc. Am văzut, de exemplu, într-un articol trecut cum experimente care studiază neutrinii, precum IceCube, ar putea obţine informaţii interesante inclusiv despre materia neagră.

 

 

Autoarea mulţumeşte pentru colaborare  dnei Diana Sirghi.

Scris de: Cătălina Curceanu
Write comments...
symbols left.
You are a guest ( Sign Up ? )
or post as a guest
Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Be the first to comment.