Sötét anyag: Egy láthatatlan ragasztó, amely talán nem is létezik | Tudomány | Mélyreható jelentés a tudományról és a technológiáról | DW

Soha nem fedezték fel, csak feltételezték. De a tudósok becslése szerint az univerzum anyagának akár 85%-át sötét anyagnak nevezett anyag alkothatja.

A tudósok nem tudják biztosan meghatározni a sötét anyagot, de ez nem akadályozza meg a keresést. Legnagyobb és legújabb űrteleszkópunk, a James Webb Űrteleszkóp a tokon van.

Csak néhány pillanat telt el azután, hogy 2022. július 12-én megjelentek a teleszkóp által készített első képek, amikor Kai Noeske valami titokzatos és igazat mondott.

Noeske, a németországi darmstadti Európai Űrmegfigyelési Központ (ESOC) csillagásza a Stephan’s Quintet képére mutatott rá, amely egy öt galaxisból álló csoport, minden eddigitől eltérően.

Kai Noeske csillagász megnézte Stephans Quintet képét, és azt mondta: “Sok mindent nem tudunk […] Az egyik ilyen dolog lehet a sötét anyag.”

És azt mondta: „Sok minden van, amit nem tudunk. És nem tudjuk, amit nem tudunk. [But] az egyik ilyen dolog lehet a sötét anyag.”

Véletlen felfedezés

A 19. században Lord Kelvin, egy skót-ír fizikus meg akarta becsülni galaxisunk, a Tejútrendszer tömegét, azon adatok alapján, hogy milyen gyorsan mozognak a csillagok a galaxis magjában.

De Kelvin eltéréseket vagy anomáliákat talált az adatokban, olyan dolgokat, amelyeket nem lehetett megmagyarázni, és olyan „sötét testeknek” tulajdonították, amelyeket nem látunk.

“A becslések alapján úgy tűnik, hogy a galaxis sokkal gyorsabban forog, mint kellene” – magyarázza Tevong You, a CERN, az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet teoretikusa.

Földalatti kép a nagy hadronütköztetőről a CERN-ben, Genfben

A Large Hadron Collider a világ legerősebb részecskegyorsítója

Az elmélet szerint van valami „láthatatlan anyag”, amely felelős a galaxisunk forgási sebességéért, mondta U. És ez igaz lehet más galaxisokra is.

Megfigyelték, hogy a csillagok a becsült sebességnél gyorsabban haladnak, különösen a galaxisok szélein. És ez furcsa.

A csillagoknak el kell szabadulniuk és „elrepülniük”

Képzeld el, hogy egy követ kötöztél egy madzaghoz, és nagy sebességgel megpörgeted. A kő meglazulna és elrepülne, ha egy bizonyos küszöbnél nagyobb sebességet érne el – olyan ponton, ahol a kötél túl gyenge lesz ahhoz, hogy megtartsa a követ, mivel a kő felgyorsul és nagyobb erőt kap.

A csillagászok azonban megfigyeltek olyan csillagokat, amelyek még akkor is keringenek a galaxis középpontja körül, amikor a galaxishoz rögzítő zsinór elszakadt volna, és a csillagoknak “el kellett volna repülniük”.

A csillagászok egyetlen magyarázata az, hogy valami láthatatlan anyagnak kell lennie, amely elérhető közelségben tartja a sziklát. Talán ez a megfoghatatlan sötét anyag?

Ez továbbra is megválaszolatlan kérdés. És sok más anomália van, mint például egyes galaxisok alakja, beleértve a Tejútrendszerünket is, amelyek máig megmagyarázhatatlanok.

A sötét anyagot nem látjuk, de hatását igen

A tudósok szerint azért nem látjuk vagy észleljük ezt a láthatatlan anyagot, mert nem lép kölcsönhatásba elektromágneses erőkkel – például látható fénnyel, röntgensugárzással vagy rádióhullámokkal.

Azt állítják azonban, hogy a sötét anyag egyes hatásait a gravitációján keresztül is megfigyelhetjük.

De továbbra is egyedül akarjuk észlelni a sötét anyagot. És itt jön be a CERN nagy hadronütköztetője. Tevong You és a CERN többi kutatója úgy gondolja, hogy az LHC a legjobb esélyünk a sötét anyag kimutatására.

Egy poszter részecskedetektorral a Large Hadron Colliderben, CERN

Amikor a részecskék összeütköznek az LHC-nél, a keletkező törmelék az ehhez hasonló detektorokba kerül. Ez az egyik LHC detektor illusztrációja.

Tíz évvel ezelőtt az LHC-ben végzett kísérletek bebizonyították a részecskefizika standard modelljét a Higgs-bozon kimutatásával – egy olyan részecskével, amely már régóta megfoghatatlannak bizonyult.

A Standard Modell az az elképzelés, hogy az univerzumban minden néhány alapvető részecskéből áll, és ezeket négy alapvető erő irányítja: az erős erő, a gyenge erő, az elektromágneses erő és a gravitáció.

Tevong You azt mondta, hogy az LHC segíthet megoldani a sötét anyag rejtélyét. De még most is azt gyanítja, hogy a sötét anyag nem lesz olyan, mint a részecskék, amelyeket a Standard Modellből ismerünk.

“Nagyon gyengén kell kölcsönhatásba lépnie. Nem tud kölcsönhatásba lépni a fénnyel vagy az elektromágnesességgel. Nem tud kölcsönhatásba lépni az erős erővel, és kölcsönhatásba léphet a radioaktivitást létrehozó gyenge erővel” – mondta Ön.

Ha ez talánynak tűnik, nem vagy egyedül. A tudósok még mindig saját maguk próbálják kitalálni.

A sötét anyag mérése a hiányzókkal

A Large Hadron Collider összetöri a részecskéket, és ütközéseket idéz elő. Az ütközések során törmelék keletkezik, amelyet a részecskedetektorok rögzítenek.

Pontosan olyan, mintha két almát összedobnánk, a darabkák szétszóródnának, és a falhoz és a padlóhoz ragadnának. Azok az almadarabok még mindig gyümölcsök lennének, de valami más is lett volna belőlük. Mégis, ha összegyűjtjük az összes almadarabot, beleértve a gyümölcsleveket is, elméletileg minden darab meglesz, hogy rekonstruáljuk azt a két eredeti almát.

És ugyanez vonatkozik az alapvető részecskékre is. Szétszedjük őket, széthasadnak és rápermeteznek az LHC detektorokra, és amikor összerakjuk őket, meg kell tudni magyarázni azokat a biteket, amelyek az eredeti részecskéket alkották.

De ezek után, ha azt tapasztaljuk, hogy valami hiányzik… főleg az energia vagy a tömeg hiánya, ahogy az energiát is ismerik… Nos, ha a részecskefizikáról van szó, a tudósok hajlamosak azt gondolni, hogy valami sötét ill. láthatatlan anyag – olyan elemek, amelyeket nem látunk, de amelyek nagyon is az egész részét képezik.

Andre David a CERN kísérleti fizikusa, aki részecskedetektorokat épít, és azt mondja, hogy ha energia hiányzik az ütközés után, akkor valószínű, hogy az energia átkerült a sötét anyagba.

“A Higgs-bozon kölcsönhatásba lép az összes többi elemmel, amelynek tömege van. És így kell a sötét anyagnak [also] tömeggel kell rendelkezniük ahhoz, hogy beteljesítsék azt a hatást, amelyet a galaxisokban látunk” – mondta David.

Új elméletek a sötét anyagról

Egyes tudósok azzal érvelnek, hogy ha lennének láthatatlan erők az univerzumban, már megtaláltuk volna őket, és mivel nem észleltük ezeket az erőket, azt sugallják, hogy a Standard Modellen kívül kell gondolkodnunk.

Az egyik ilyen tudós Mordehai Milgrom fizikus. Milgrom egy alternatív gravitációs elméletet dolgozott ki, amely azt sugallja, hogy a gravitáció eltérően hat a galaxis magjától eltérő távolságra.

Míg Newton gravitációs elmélete megmagyarázza a legtöbb nagy léptékű mozgást a kozmoszban, addig Milgrom módosított Newtoni dinamikája azt sugallja, hogy egy erő másképp hat, ha gyenge, például egy galaxis peremén.

Az elmélet hívei szerint jobban megjósolja a galaxisok forgását és a csillagok sebességét, mint Newton elmélete.

De még mindig nem tudjuk, hogy felfedezzük-e valaha a sötét anyagot, vagy bebizonyítjuk-e Milgrom módosított newtoni dinamikáját. Amit tudunk, az az, hogy az univerzummal kapcsolatos megértésünk még korántsem teljes.

Szerkesztette: Zulfikar Abbany

.

Leave a Comment

%d bloggers like this: