Sötét anyag: Eljött az idő, hogy feladtuk a keresését?

Több évtizedes kevés eredménnyel járó sötét anyag keresés után, néhány kutató azt mondja, komolyabban kellene vennünk egy új gravitációelmélet lehetőségét.

Több évtizedes kevés eredménnyel járó sötét anyag keresés után, néhány kutató azt mondja, komolyabban kellene vennünk egy új gravitációelmélet lehetőségét.

Két kozmikus anomália arról árulkodik, hogy hogy valami nagyon hiányzik az Univerzum modellünkből. Először, a csillagok egy tipikus galaxis külső régióiban túl gyorsan keringenek a középpont körül, ahhoz, hogy a galaxis gravitációja megtartsa őket. El kellene repülniük az intergalaktikus térbe.

A második anomália az, hogy Ön ezeket a szavakat olvassa – azaz, a galaxisok, mint a Tejút, és ennélfogva Ön, létezik. A galaxisképződés standard ábrája szerint az Ősrobbanás hűlő törmelék régióinak, ami enyhén sűrűbb volt mint az átlag, kissé erősebb gravitációja kellett legyen és gyorsabban bevonzották az anyagot, növelve a gravitációjukat,így még gyorsabban hvonzották be az anyagot, és így tovább.

De ez a folyamat - hasonlóan ahhoz, hogy a gazdagok egyre gazdagabbá válnak – nem tudott volna olyan nagy galaxisokat építeni az Univerzum létezésének 13.8 billió éve alatt, mint a Tejút.

Ezekkel az anomáliákkal szembe találva magukat, a legtöbb csillagász azt posztulálta, hogy az Univerzum körülbelül 5-ször annyi láthatatlan anyagot tartalmaz, mint a látható csillagok és galaxisok. Azt állítják, hogy ez egy olyan sötét anyagnak az extra gravitációja, ami a csillagokat a galaxisokban tartja és felgyorsította a galaxisképződést.

Azonban egy egyenlőképpen logikus lehetőség az, hogy kozmikus skálákon a gravitáció erősebb, mint Newton előre jelezte volna.

Forrás: Northfoto/swns.com/Logan Brumm

1981-ben az izraeli fizikus Mordechai Milgrom professzor azt találta, hogy a galaxisok külső régióiban lévő csillagok rendellenes orbitális mozgása megmagyarázható lehetne, ha a gravitáció erősebb formáját tapasztalnák volna.

Ez azt jelentené, hogy a gravitáció kevéssé gyorsan gyengül a távolsággal, mint a newtoni gravitációs elmélet előre jelzi, és átáll erre a formára, amikor a csillagok egy különleges küszöb gyorsulást tapasztalnak a galaxisuk közepe felé. Így született meg a módosított newtoni dinamika hipotzis vagy MOND (Modified Newtonian Dynamics).

Mordechai Milgrom, izraeli fizikus javasolta először a MOND elgondolását 1981-ben. Forrás: https://www.sciencefocus.com/news/dark-matter-is-it-time-we-gave-up-looking-for-it/

A csillagok mindig tapasztalnak gyorsulást a galaxisok középpontja felé. Ez a centripetális gyorsulás. A gravitációnak biztosítania kell ezt a gyorsulást, hogy pályán tartsa a csillagokat.

A lényeg az MOND-ban az, hogy a gravitáció az erősebb formára vált a 10-10 m/s2 küszöb gyorsulásnál, ami általánosan nagy galaxisok külső régiójában található.

A csillagászok többsége azonban kitartott a sötét anyag elképzelés mellett, és a kozmológia standard modelljének Lambda-CDM néven ismert integrált részévé vált. A Lambda a rejtélyes sötét energiára utal, ami felgyorsítja az Univerzum tágulását, és a CDM a hideg sötét anyagra. Mivel a CDM lomhán mozgó részecskékből áll, a gravitáció halmokba gyűjti ezeket – halmokba, amik aztán bevonzanak közönséges anyagot, hogy látható galaxisokat hozzanak létre.

Most a skóciai Szent András Egyetem munkatársa, Dr. Indranil Banik vezetésével a fizikusok azt állítják, hogy az Univerzum megfigyelései valójában jobban megmagyarázhatók a jelenlegi gravitáció elméletünk egy módosításával, mint a sötét anyaggal.

Azt mondják, hogy a Lambda-CDM nagyon jól megmagyarázza a megfigyeléseinket, de többnyire az esemény után. A MOND jobban előre jelzi a dolgokat a megfigyelések előtt.

A MOND egy nyilvánvaló hiányossága az, hogy még szüksége van a sötét anyag egy elemére, hogy megmagyarázza a galaxisok mozgását a galaxis halmazokban – esetleg egy hipotetikus nehéz részecskére, a steril neutrínóra. Banik azonban ezt nem látja szükségszerűen problémának.

Naprendszerünkben két bolygó rendellenes pályája új magyarázatokat kívánt. Az Uranus esetén, ez egy új bolygó, a Neptunusz rántása volt - az eredeti sötét anyag. Ami a Merkúrt illeti, ez a gravitáció egy új elmélete volt, Einstein általános relativitáselmlete.

Albert Einstein alkotta meg az általános relativitáselméletet, illetve a téridő fogalmát Forrás:Popper Foto/Getty Images

Banik és a Szent András Egyetemi kollégáinak fő tézise az, hogy van számos megfigyelés, amit a sötét anyag nem tud megmagyarázni, de a módosított gravitáció igen. Például az előbbi előre jelzi, hogy a műhold galaxisoknak gömbalakban kellene eloszlaniuk, mint egy méhraj – de sok galaxisban, a mienket is beleértve, egy síkban keringenek.

Továbbá, a csillagokból álló rúd alakú struktúrákat, amik néhány spirális galaxis mélyén áthatóak, a pont mögöttük forgó sötét anyag darabnak lassítania kellene, azonban 42 rúdban, amiknek a sebessége meg lett mérve, ez nem volt látható.

A Standard Modell az univerzum általános működését próbálja meg leírni. Ebben a modellben lett összefoglalva, hogy a részecskék és a négy alapvető erőből három, az erős, a gyenge és az elektromágneses kölcsönhatás hogyan kapcsolódnak egymáshoz. a negyedik kölcsönhatást, a gravitációt már nem sikerült beleilleszteniük ebbe. Az egyesített elmélet az a teória, amely összhangba hozná a relativitás és a kvantumelméletet. Forrás: http://fizikaiszemle.hu/archivum/fsz0807/SM-poszter.jpg

A sötét anyagot indítványozók másrészt ezeket a dolgokat olyan ellentmondásoknak látják, ami végül meg lesznek magyarázva, nem pedig, mint végzetes hibák a paradigmában.

James Peebles professzor, a Princeton Egyetem munkatársa, aki a hideg sötét anyag elméletért Nobel-díjat nyert, azt mondja, hogy egy csomó egymásba kapcsolt megfigyelésnek csak a sötét anyaggal van értelme, vagyis a LAMBDA-CDM elmélet nem a teljes igazság; hanem egy jó megközelítés.

Banik nem ért egyet, azonban nem gondolja, hogy a sötét anyag részecskéket a Földön kereső kísérletezőknek fel kellene adniuk; pusztán azt, hogy tervezniük kellene jövőbeni kísérleteket, azért hogy még ha nem is találnak sötét anyag jelölteket, feltárjanak valami fontosat a természetről. Például a steril neutrínók kutatása, még ha nem is találnak steril neutrínókat, valamit el fog mondani nekünk a neutrínókról.

Mivel a tulajdonságaikat nem jelzi előre a Standard modell, bármi amit felfedezünk, célozhat mélyebb Mindenség Elméletre, amelynek a Standard Modell egy megközelítse, úgy vélik.

(Forrás: BBC Science Focus: https://www.sciencefocus.com/)