Spune-ți opinia!


Halou materie întunecată (reprezentare grafică). credit: wikipedia.org

Materia întunecată este substanța ipotetică ce ar reprezenta 80% din materie sau 24% din totalul de materie și energie din univers. Materia întunecată nu trebuie confundată cu energia întunecată. Acestea sunt două lucruri complet diferite. Energia întunecată este ceea ce face ca universul să se extindă, pe când materia întunecată este cea care face galaxiile să se rotească mai repede. Dar materia întunecată explică și alte fenomene cosmice, după cum vom vedea mai jos.

Dar ce este materia întunecată? Acum 20 de ani am crezut că materia întunecată este cel mai probabil făcută dintr-un fel de particulă pe care nu am identificat-o încă. La vremea respectivă existau destul de multe propuneri de particule noi care să se potrivească cu datele, cum ar fi particulele supersimetrice sau axionii.


Fizicienii au încercat să identifice particulele de materie întunecată de la mijlocul anilor '80. Fără succes. Au existat câteva anomalii în date dătătoarea de speranțe, dar toate acestea au dispărut după o analiză mai atentă. În schimb, ceea ce s-a întâmplat este că unele observații astrofizice au devenit din ce în ce mai dificil de explicat cu ipoteza particulelor.

 




Ce explică materia întunecată (formată din particule)?

Primele dovezi ale materiei întunecate au provenit de la grupurile de galaxii, care sunt formate din sute (până la o mie) de galaxii ținute împreună de gravitație. Se deplasează una în jurul celeilalte, iar cât de rapidă este această deplasare, depinde de masa totală a clusterului. Cu cât este mai multă masă, cu atât galaxiile se mișcă mai repede.

Galaxiile din grupurile de galaxii se mișcă prea repede pentru a explica acest lucru cu masa pe care o putem atribui materiei vizibile. Așa că Fritz Zwicky a venit cu ipoteza, în anii '30, că trebuie să existe mai multă materie în grupurile de galaxii, doar că nu o putem vedea, numit-o „dunkle materie”, adică materie întunecată.

Există o poveste similară  și pentru galaxii, în sensul că viteza unei stele care orbitează în jurul centrului unei galaxii depinde de masa totală din această orbită. Dar stelele din părțile exterioare ale galaxiilor orbitează prea repede în jurul centrului, viteza lor trebuind să scadă cu distanța până la centrul galaxiei, ceea ce nu se întâmplă. În schimb, viteza stelelor devine aproximativ constantă la distanță mare de centrul galactic. Acest lucru dă naștere așa-numitelor „curbe de rotație plate”. Din nou, puteți explica asta spunând că există materie întunecată în galaxii.

 

Lentilele gravitaţionale

Crucea lui Einstein: patru imagini ale aceluiaşi quasar care apar în jurul unei galaxii ce produce efectul de lentilă gravitaţională



Apoi avem „lentilele gravitaționale”. Acestea sunt galaxii sau grupuri de galaxii care curbează lumina care vine de la un obiect din spatele lor, iar din cât de mare este distorsiunea putem deduce masa corpului cosmic ce produce acest efect de lentilă. Din nou, materia vizibilă nu este suficientă pentru a explica observațiile.

 


Harta radiaţiei cosmice de fond



Apoi există fluctuațiile de temperatură în radiația cosmică de fond. Zonele roșii sunt puțin mai calde, cele albastre puțin mai reci decât media, care este de 2,7K. Astrofizicienii analizează aceste microunde apărute la scurt timp după Big Bang utilizând spectrul său de putere, unde axa verticală este aproximativ numărul de pete, iar axa orizontală este dimensiunea lor, cu dimensiunile mai mari în stânga și pete din ce în ce mai mici în dreapta. Pentru a explica acest spectru de putere, din nou aveți nevoie de materie întunecată.

În fine, există distribuția pe scară largă a galaxiilor, a grupurilor de galaxii și a gazelor interstelare și așa mai departe. Numai materia normală nu explică observațiile și, din nou, adăugarea de materie întunecată va rezolva problema.

Deci, vedeți, materia întunecată a fost o idee simplă care se potrivea cu o mulțime de observații, motiv pentru care a fost o explicație științifică atât de bună. Dar asta era în urmă cu 20 de ani. Între timp s-au adunat observații pe care materia întunecată nu le poate explica.


Ce nu explică materia întunecată

De exemplu, materia întunecată prezice o densitate maximă în nucleele galaxiilor mici, în timp ce observațiile spun că distribuția ar trebui să fie plană.

Materia întunecată prezice, de asemenea, prea multe galaxii-satelit mici (galaxii care orbitează în jurul unei galaxii mai mari). Calea Lactee, de exemplu, ar trebui să aibă multe sute de astfel de galaxii, dar de fapt are doar câteva zeci. De asemenea, aceste galaxii-satelit sunt adesea aliniate în planuri. Materia întunecată nu explică de ce.

Observațiile indică faptul că masa unei galaxii este corelată cu viteza de rotație a stelelor exterioare (viteza la puterea a patra). Aceasta se numește „relația barionică Tully-Fisher”. Materia întunecată nu o explică.

Este o problemă similară cu regula lui Renzo, care spune că dacă te uiți la curba de rotație a unei galaxii, atunci pentru fiecare caracteristică din curba pentru emisia vizibilă, există și o caracteristică în curba de rotație a galaxiei. Dar materia întunecată ar trebui să elimine orice corelație dintre luminozitate și curbele de rotație.

Apoi există coliziuni de grupuri de galaxii la viteze mari (ex: „clusterul Bullet”). Acestea sunt dificil de explicat cu materia întunecată, deoarece materia întunecată (formată din particule) creează frecare, iar asta face ca viteze relative atât de mari să fie incredibil de improbabile. Da, clusterul Bullet este o problemă pentru ipoteza materiei întunecată.

Și atunci? Dacă nu materie întunecată, atunci ce?

Răspunsul la dificultățile ipotezei materiei întunecate îl reprezintă teoria gravitației modificate. Ideea teoriei gravitației modificate este că am înțeles greșit cum funcționează gravitația.

Gravitația modificată rezolvă toate enigmele despre care tocmai v-am spus. Nu există frecare, astfel încât viteza relativă mare nu este o problemă. A prezis relația Tully-Fisher, explică regula lui Renzo și aliniamentele sateliților, elimină problema cu vârfurile de densitate din nucleele galactice și rezolvă problema galaxiilor-satelit lipsă.

Dar gravitația modificată nu explică modelul radiației cosmice de fond și are probleme cu grupurile de galaxii.


Nici materie întunecată, nici gravitație modificată? Atunci ce?

Referindu-ne stric la datele pe care le avem, cea mai simplă explicație este că materia întunecată funcționează mai bine în unele cazuri, iar gravitația modificată mai bine în altele.

Dar putem folosi materia întunecată pentru observațiile a, b, c și gravitația modificată pentru observațiile x, y, z? De ce nu? Metoda științifică nu  interzice.

Dacă vă uitați la matematică, gravitația modificată și ipoteza materiei întunecate sunt de fapt foarte asemănătoare. Materia întunecată adaugă noi particule, iar gravitația modificată adaugă noi câmpuri. Dar, din cauza mecanicii cuantice, câmpurile sunt particule și particulele sunt câmpuri, deci este vorba despre același lucru. Diferența stă în comportamentul acestor câmpuri sau particule.

Comportamentul se schimbă de la scara galaxiilor la cea a grupurilor de galaxii, la filamente și universul timpuriu. Așadar, avem nevoie de un fel de tranziție de fază care explică de ce și în ce circumstanțe se schimbă comportamentul acestor câmpuri suplimentare sau particule, astfel încât avem nevoie de două seturi diferite de ecuații.

Și odată ce priviți astfel lucrurile, este evident de ce nu am făcut progrese în ceea ce privește întrebarea: „ce este materia întunecată?” de atât de mult timp. Cei implicați în cercetarea subiectului nu sunt persoanele potrivite. Nu este o problemă pe care o puteți rezolva cu fizica particulelor și relativitatea generală. Este o problemă pentru fizica materiei condensate: fizica gazelor, a fluidelor, solidelor și așa mai departe.

Concluzia la care am ajuns, așadar, este că distincția dintre materia întunecată și gravitația modificată este o falsă dihotomie. Răspunsul nu este: ori una, ori alta - ci ambele. Întrebarea este cum să le combinăm.

 

 

 

Notă: textul articolului reprezintă adaptarea textului din videoclip.

Citiți și:
Aplicarea teoriei dinamicii newtoniene modificate (MOND) pentru a „elimina” materia întunecată

 

Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Fii primul care comentează.

Spune-ne care-i părerea ta...
caractere rămase.
Loghează-te ( Fă-ți un cont! )
ori scrie un comentariu ca „vizitator”

 



Donează prin PayPal ()


Contact
| T&C | © 2021 Scientia.ro