Je li moguć život utemeljen na tamnoj materiji?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-16 16:06

Velika većina mase u našem Svemiru nevidljiva je. I već duže vrijeme, fizičari pokušavaju razumjeti što je ta neuhvatljiva masa. Ako je napravljen od čestica, nada je da Veliki hadronski sudarač može proizvesti česticu tamne tvari ili će svemirski teleskop vidjeti rječit potpis gama zraka sudara tamne tvari. Zasad nema ništa. I ovaj problem tjera teorijske fizičare da razmišljaju o novim idejama.

Godine 2017., poznata teorijska fizičarka Lisa Randall istražila je jednu od najnevjerojatnijih mogućnosti tamne tvari. Hipotetički, naravno. Umjesto da tamnu tvar tretira kao posebnu vrstu čestica, pretpostavila je da se tamna tvar može sastojati od cijele obitelji čestica koje čine tamne zvijezde, tamne galaksije, tamne planete i moguće tamni život. Kemija mračnog svemira mogla bi biti bogata i raznolika kao i naša vlastita "obična kemija". Ali nije sve tako jednostavno.

Problem tamne materije

Naš svemir je nevjerojatno, iako neshvatljivo mjesto.

Tijekom posljednjih nekoliko desetljeća shvatili smo da se 84,5% materije u Svemiru ne može vidjeti. S obzirom na prilično nespretan nadimak "tamna tvar", ova tvar je u stanju u kojem ne stupa u interakciju s "normalnom" materijom. Poput tamne energije, ove stvari su “tamne” jer ih ne razumijemo.

Ako sada na mom stolu postoji komadić tamne tvari, nikad neću saznati za to. Komad tamne tvari općenito, kao takav, ne može ležati na mom stolu. Propast će kroz stol, a pod, i zemljina kora, jurnuti će u gravitacijski bunar u jezgri našeg planeta. Ili će nestati u svemiru na neshvatljiv način. Tamna tvar tako slabo stupa u interakciju sa svime da će ovaj komad jednostavno propasti kroz običnu materiju, kao da ne postoji.

U maloj mjeri, gravitacijska manifestacija tamne tvari je zanemariva, ali na kozmološkim udaljenostima prisutnost tamne tvari se definitivno osjeća – može se promatrati posredno po njezinom gravitacijskom učinku na jata galaksija i učinku na rotaciju galaksija. Znamo da postoji, jednostavno je ne vidimo.

A ne znamo što je to, možemo samo nagađati

Obična tvar - aka barionska tvar - djeluje putem elektromagnetskih, gravitacijskih, jakih i slabih sila. Te sile prenose energiju i daju strukturu svoj materiji. Tamna tvar se, s druge strane, obično promatra kao amorfni oblak "materije" koji ne može komunicirati putem elektromagnetskih sila, slabih ili jakih. Stoga se pretpostavlja da je tamna tvar "nebarionska". Nebarionska tvar može otkriti svoju prisutnost samo gravitacijski.

Vodeći kandidat u potrazi za tamnom materijom je WIMP, masivna čestica sa slabom interakcijom. Kao što ime WIMP-a sugerira, ova hipotetska čestica ne stupa u interakciju s normalnom materijom – dakle nije barionska.

Utemeljeni kozmološki modeli predviđaju da tamna tvar - bilo u obliku WIMP-a ili "aksiona", na primjer - daje našem Svemiru strukturu i obično se pojednostavljeno naziva "ljepilo" koje drži naš Svemir u cjelini.

Promatrajući rotaciju galaksija, astronom Vera Rubin primijetila je da većina materije u galaksijama nije vidljiva. Vidljiv je samo mali postotak - zvijezde, plin i prašina; ostatak se skriva u ogromnoj, ali nevidljivoj aureoli tamne tvari. Kao da je naša vidljiva galaksija obične materije samo hauba na golemom kotaču tamne tvari koja se proteže daleko izvan onoga što možemo vidjeti.

U nedavno objavljenom radu (2013.), Randall i njezini kolege predstavili su složeniji oblik tamne tvari. Prema njima, halo tamne tvari naše galaksije ne sastoji se samo od jedne vrste amorfne mase ne-barionske materije.

“Čini se vrlo čudnim pretpostaviti da se sva tamna tvar sastoji od samo jedne vrste čestica”, piše Randall. "Nepristran znanstvenik ne bi smio dopustiti da tamna tvar bude toliko raznolika kao naša normalna materija."

Bogati "sjenoviti svemir"?

Baš kao što našim vidljivim svemirom upravlja Standardni model fizike – dobro dokazana obitelj čestica (uključujući zloglasni Higgsov bozon) i sila, može li bogat i raznolik model čestica i sila tamne tvari funkcionirati u tamnom galaktičkom halou?

Ovo istraživanje slijedi logiku pretpostavke bogatog niza nepoznate fizike u mračnom sektoru svemira - nazovimo ga "sjenovitim svemirom" - koji postoji paralelno s našim i ima sve složenosti koje naš vidljivi svemir može ponuditi.

Astrofizičari su ranije sugerirali da "tamne zvijezde" - zvijezde napravljene od tamne tvari - mogu postojati u našem drevnom svemiru do danas. Ako je tako, tvrdi Randall, možda bi se mogli formirati "tamni planeti". A ako postoji obitelj čestica tamne tvari koju kontroliraju sile raspoređene u tamnom sektoru, može li to dovesti do pojave složene kemije? A na život?

Međutim, ako postoji “tamni” ili “sjenoviti” život paralelan s našim svemirom, možete zaboraviti da ga možemo otkriti.

Život u sjeni će ostati u sjeni

Čini se primamljivim koristiti ovu hipotezu za objašnjenje svih svakodnevnih misterija ili čak paranormalnih tvrdnji koje znanost ne može osporiti ili poduprijeti. Što ako su "duhovi" ili neobjašnjiva "svjetla na nebu" ludorije mračnih stvorenja koja žive u pozadini svega?

Iako bi ova logika bila u redu za TV emisiju ili film, ova mračna stvorenja živjela bi u sjenovitom svemiru koji je potpuno nespojiv s običnom materijom. Njihove čestice i sile ne bi imale učinka u našem svemiru. Mogli biste čitati ove retke sjedeći na panju u mračnoj šumi i nikada ne biste saznali za to.

Ali budući da mi koegzistiramo s ovim svemirom u sjeni u istom prostor-vremenu - bez nepotrebnih dimenzija ili multiverzuma - može se prenijeti samo jedan signal.

Gravitacijski valovi otkriveni su tek 2016. godine, a prvo otkrivanje tih mreškanja u prostor-vremenu uzrokovano je sudarom crnih rupa. Čini se sasvim mogućim da se gravitacijski valovi mogu detektirati u tamnom sektoru, ali samo najmoćniji kozmički događaji u tamnom sektoru mogu se detektirati na našem kraju žice.

Sve u svemu, gotovo sigurno nikada nećemo dokazati postojanje slatkih stvorenja tamne materije, ali Randall ističe jednu važnu točku. Kada razmatramo izvor tamne tvari, moramo gledati dalje od naših predrasuda; tamni sektor može biti složena obitelj čestica tamne tvari i sila koje su izvan onoga što možemo zamisliti.