Viņi meklē tumšo matēriju uz Zemes, pazemē un kosmosā. Tās noslēpumainās daļiņas nav redzamas zinātniskiem instrumentiem un nekur neizpaužas. Tomēr par labu viņu pastāvēšanai ir savākta stabila "pierādījumu bāze". Vai zinātniekiem ir iespēja kādreiz atklāt tumšo vielu?
Galvenā Visuma sastāvdaļa
Tumšās vielas daļiņas piedzima neilgi pēc Lielā sprādziena, kad Visums bija sarkanā karstā plazma. Atdziestot, viņi izveidoja pudurus, kas galu galā nodrošināja zvaigžņu un galaktiku parādīšanos. Ja plazmā būtu tikai parastās daļiņas, kas veido atomus, tad starojums tos atgrūstu viens no otra, neļaujot tiem veidot nevienu struktūru. Gravitācijas ziņā saistīti objekti parādījās pietiekami ātri, kas nozīmē, ka kaut kas viņiem palīdzēja. Kāda masīva viela viņus atturēja. Tagad tas nekādā veidā nesadarbojas ar parasto matēriju, neizstaro, tāpēc mēs to neievērojam ar kādām metodēm.
Tā zinātnieki rekonstruē Visuma evolūciju, kas būtu nepilnīga bez tumšās matērijas līdzdalības. Šādu secinājumu tālajā pagājušā gadsimta trīsdesmitajos gados sasniedza Šveices astronoms Fricis Zvikijs. Pētot galaktiku kopas, viņš brīnījās, kāpēc tās neizkliedē. Galu galā redzamo galaktiku masa nav pietiekama, lai noturētu kopu. Tādējādi ir jābūt slēptai masai. Vēlāk šī hipotēze atrada daudzu apstiprinājumu galaktiku rotācijas ātruma anomālijām: disku daļas, kas atrodas tālu no centra, gandrīz nemazinās, tāpat kā tad, ja tās sastāvētu tikai no zvaigznēm.
Gravitācijas objektīvs ļauj netieši noteikt slēptās masas klātbūtni. Šo efektu rada divas masīvas galaktikas, kas atrodas viena aiz otras. Tālās galaktikas gaismu saliek tuvumā esošās gravitācijas lauks, un, tāpat kā objektīvā, parādās tās attēls. Tas dod nelielu ieskatu tumšajā matērijā galaktikās, kas ap tām veido milzīgu neredzamu oreolu. Izmantojot dažādus modeļus, zinātnieki aprēķina tumšās vielas blīvuma sadalījumu oreolā un, pamatojoties uz to, izsaka minējumus par struktūru.
Kreisajā pusē - tumšās vielas oreols galaktikā NGC 4555.
Reklāmas video:
Tumšās vielas sastāvs
Fiziķi sliecas uzskatīt, ka tumšā viela sastāv no mums nezināmām daļiņām.
“Astrofiziskās novērošanas metodes neko nepasaka par to īpašībām. Iespējams, ka viņi nekādā veidā nesadarbojas, izņemot gravitācijas metodi. Varbūt ne tiešie eksperimenti uz Zemes, ne novērojumi kosmosā neko nenovedīs. Tas vienmēr ir jāpatur prātā,”saka RIA Novosti Krievijas Zinātņu akadēmijas korespondents, Krievijas Zinātņu akadēmijas Kodolpētījumu institūta galvenais pētnieks Dmitrijs Gorbunovs.
Kandidāti uz tumšo daļiņu lomu ietver ultravieglās asis, vāji mijiedarbojošās daļiņas (WIMP) un sterilu neitrīno, kas palīdz izskaidrot saules neitrīno masu un svārstības.
Visvieglākais sterils neitrīno var būt tumšās matērijas daļiņa. Tas nav stabils, bet dzīvo ļoti ilgi. Galaktikā šādām daļiņām vajadzētu sadalīties neitrīnos un fotonā. Viņi griežas lēnām (10-3 reizes lielāks par gaismas ātrumu), tāpēc fotonu spektrā ir sagaidāms maksimums rentgena diapazonā,”stāsta zinātnieks.
Pēc viņa teiktā, orbītā jānosūta labs spektrometrs, lai mēģinātu reģistrēt šādus notikumus.
Pirms diviem gadiem Gorbunovs un viņa kolēģi modelēja vienu hipotēzi par tumšās vielas nestabilo komponentu, lai izskaidrotu neatbilstību Plankas kosmiskā teleskopa eksperimenta rezultātos, kurā tika mērīts CMB. Varbūt tā bija kļūda vai varbūt norāde uz kādu tumšās matērijas īpašību. Zinātnieki ir ierosinājuši, ka tumšās vielas sastāvs ir neviendabīgs un daļa no tās nav saglabājusies līdz mūsdienām.
Tumšo daļiņu meklējumos
Kā uztvert tumšās vielas daļiņas, ir viens no galvenajiem fizikas jautājumiem. Uz to mēģina atbildēt daudzi teorētiķi un eksperimentētāji. Novērošanas veids ir atkarīgs no modeļa, kurā ir izklāstītas visas hipotētiskās daļiņas īpašības. Ja pieņemam, ka tumšā viela agrīnā Visuma plazmā bija līdzsvarā - un tur bija arī parastās daļiņas -, tas nozīmē, ka tā kaut kā mijiedarbojas ar tām. Starp visiem zināmajiem mijiedarbības veidiem, izņemot gravitācijas, vispiemērotākais ir vājš, kas notiek atoma kodola beta sabrukšanas laikā.
"Saskaņā ar šo pieņēmumu pēc primārās plazmas atdzišanas paliek nepieciešamais tumšās vielas daudzums," skaidro Dmitrijs Gorbunovs.
Pamatojoties uz to, tumšās daļiņas var iznīcināt, veidojoties elektronam un pozitronam. Viņi meklē šo iznīcību pēdas, taču tas jebkurā gadījumā ir netiešs pierādījums. Turklāt rezultāti ir diezgan izplūduši, daļiņas ir novirzītas, lido ap Galaktiku, iznīcina, zaudē enerģiju, un to, kas nonāk uz Zemes, ir grūti atšķirt uz kosmisko staru fona.
Viņi mēģina novērot tumšās daļiņas tieši pazemes neitrīno detektoros. Zem zemes atmosfēras daļiņu fons samazinās, detektora viela atdziest, un jums jāgaida, līdz tumšās vielas daļiņa to sit. Šie notikumi paši par sevi ir reti, jo daļiņa, ja tā mijiedarbojas, ir vāja. Trieciens izraisa atoma ierosmi un enerģijas uzliesmojumu, ko reģistrē detektors.
Tajā pašā laikā nav iespējams bezgalīgi palielināt detektora vielas tilpumu, lai palielinātu tumšo daļiņu pārejas varbūtību, nezaudējot jutību. Turklāt neitrīno traucē signālu. Lai to izslēgtu, jums, iespējams, būs jāuzbūvē pilnīgi jauns detektors, lai nokļūtu zem šī signāla.
“Ir jāizmanto daļiņu trieciena virziena noteikšana. Tas ievērojami nomāks fonu, jo neitrīno lido virzienā no Saules, un tumšā matērija sitīs citos virzienos,”precizē zinātnieks.
Trešais virziens ir tumšās vielas daļiņas izveidošana parasto daļiņu sadursmes rezultātā pie LHC un citiem paātrinātājiem. Novērotājam tas izskatīsies kā, piemēram, fotons, kas lido prom uz sāniem. Saskaņā ar impulsa saglabāšanas likumu daļiņai vajadzētu izlidot arī citā virzienā, bet tādas nav. Tātad viņa ir neredzama.
Līdz šim neviens no veidiem, kā noķert tumšās vielas daļiņas, nav bijis veiksmīgs. Nav pat skaidrs, kurš no viņiem ir visdaudzsološākais.
Visuma sastāvs / RIA Novosti ilustrācija.
Tatjana Pičugina
