Ņemot vērā visu mūsu izpratni par fizikas likumiem un Standarta modeļa panākumiem un vispārējo relativitāti, Visumā ir vairākas novērojamas parādības, kuras nevar izskaidrot. Visums ir pilns ar noslēpumiem, sākot ar zvaigžņu veidošanos un beidzot ar augstas enerģijas kosmiskiem stariem. Kaut arī mēs pamazām atklājam sev vietu, mēs joprojām nezinām visu. Piemēram, mēs zinām, ka tumšā matērija pastāv, bet mēs nezinām, kādas ir tās īpašības. Vai tas nozīmē, ka mums visi nezināmie efekti jāpiešķir tumšās matērijas izpausmēm?
Par tumšo matēriju ir tik daudz noslēpumu, cik ir pierādījumu par tās esamību. Bet vainot tumšo matēriju visās noslēpumainajās kosmosa izpausmēs ir ne tikai tuvredzīgs, bet arī nepareizs. Tas notiek, kad zinātniekiem pietrūkst labu ideju.
Divas spilgtas lielas galaktikas Komas kopas centrā, katra no tām lielākas par miljonu gaismas gadu. Galaktikas nomalē norāda uz lielas tumšās vielas oreola esamību visā kopā.
Tumšā viela ir visur Visumā. Lai izskaidrotu atsevišķu galaktiku straujo kustību galaktiku kopās, ar to pirmo reizi konsultējās pagājušā gadsimta 30. gados. Tas notika tāpēc, ka ar parasto vielu - vielu, ko veido protoni, neitroni un elektroni - nepietiek, lai izskaidrotu gravitācijas kopējo daudzumu. Tas ietver zvaigznes, planētas, gāzi, putekļus, starpzvaigžņu un starpgalaktisko plazmu, melnos caurumus un visu pārējo, ko varam izmērīt. Pierādījumu līnijas, kas atbalsta tumšo vielu, ir daudz un pārliecinošas, kā atzīmēja fiziķis Ītans Sīgels.
Tumšā viela ir nepieciešama, lai izskaidrotu:
- atsevišķu galaktiku rotācijas īpašības, - dažāda lieluma galaktiku veidošanās, sākot no milzu eliptiskām līdz pat - Piena ceļa lieluma galaktikām un sīkām pundurgalaktikām pie mums, Reklāmas video:
- mijiedarbība starp galaktiku pāriem, - galaktiku kopu un galaktiku kopu īpašības plašā mērogā, - kosmosa tīkls, ieskaitot tā pavedienu struktūru, - kosmiskā mikroviļņu fona svārstību spektrs, - novērotās tālu masu gravitācijas lēcu novērošanas sekas, - novērotā gravitācijas un parastās vielas klātbūtnes atšķirība galaktiku kopu sadursmēs.
Gan nelielā atsevišķu galaktiku mērogā, gan visa Visuma mērogā ir nepieciešama tumšā viela.
Apliekot to visu pārējās kosmoloģijas kontekstā, mēs uzskatām, ka katrā galaktikā, ieskaitot mūsu pašu, ir masīva izkliedēta tumšās vielas oreola, kas to ieskauj. Atšķirībā no mūsu galaktikas zvaigznēm, gāzēm un putekļiem, kas lielākoties atrodas diskā, tumšās vielas oreolam vajadzētu būt sfēriskam, jo, atšķirībā no parastās (uz atomu bāzes) matērijas, to saspiežot, tumšā viela "nesaplacinās". … Arī tumšajai vielai galaktikas centrā jābūt blīvākai un jāsniedzas desmit reizes tālāk nekā pašas galaktikas zvaigznēm. Visbeidzot, katrā oreolā jābūt nelieliem tumšās vielas gabaliņiem.
Lai reproducētu pilnu iepriekš uzskaitīto novērojumu kopumu, kā arī citus, tumšajai vielai nevajadzētu būt citām īpašībām kā vien šīm: tai vajadzētu būt masai; tai jāsadarbojas gravitācijas ceļā; tai jākustas lēnām attiecībā pret gaismas ātrumu; tai nevajadzētu spēcīgi mijiedarboties ar citiem spēkiem. Viss. Jebkura cita mijiedarbība ir ļoti ierobežota, bet nav izslēgta.
Kāpēc tad, kad astrofiziskais novērojums tiek veikts ar noteikta veida parasto daļiņu - fotonu, positronu, antiprotonu - pārpalikumu, cilvēki vispirms runā par tumšo matēriju?
Šīs nedēļas sākumā zinātnieku grupa, kas pētīja gamma staru avotus pulsāru tuvumā, savus secinājumus publicēja Science. Savā darbā viņi centās labāk izprast, no kurienes radās mūsu novērotais pozitronu pārpalikums. Pozitroni, elektronu antipodi, parasti dzimst vairākos veidos: kad parastās daļiņas tiek paātrinātas līdz pietiekami lielām enerģijām, kad tās saduras ar citām vielas daļiņām, un ar elektronu-pozitronu pāru ražošanu pēc Einšteina formulas E = mc2. Šādus pārus mēs veidojam fizisku eksperimentu laikā un varam astrofiziski novērot pozitrona izveidošanos gan tieši, meklējot kosmiskos starus, gan netieši, meklējot elektronu-pozitronu iznīcināšanas enerģijas parakstu.
Šie astrofizikālie pozitronu paraksti notiek netālu no galaktikas centra, mērķējot uz tādiem avotiem kā mikrokvazāri un pulsāri, kas atrodas mūsu galaktikas noslēpumainā reģionā, kas pazīstams kā Lielais iznīcinātājs, un izkliedēta fona daļā, kuras izcelsme nav zināma. Viena lieta ir droša: mēs redzam vairāk pozitronu nekā mēs sagaidām. Un tas ir zināms jau ilgu laiku. PAMELA to izmēra, Fermi izmēra, AMS uz ISS borta to izmēra. Pavisam nesen HAWC observatorija mērīja ārkārtīgi augstas enerģijas TeV līmeņa gamma starus un parādīja, ka tās ir ļoti paātrinātas daļiņas, kas nāk no vidēja līmeņa pulsāriem. Bet diemžēl ar to nepietiek, lai izskaidrotu novēroto pozitronu daudzumu.
Nez kāpēc, veicot katru pozitronu pārmērības mērījumu, katru astrofizikālā avota novērojumu, kas to neizskaidro, stāstījums ieplūst "mēs to nevaram izskaidrot, tāpēc vainojama tumšā matērija". Un tas ir slikti, jo ir daudz iespējamu astrofizisku avotu, kuriem nav vajadzīgs nekas eksotisks, piemēram:
- citu daļiņu pozitronu un gamma staru sekundārā ražošana, - mikrokvazāri vai kas cits, kas baro melnos caurumus, - ļoti jauni vai ļoti veci pulsāri, magnēti, - supernovas paliekas.
Šis saraksts nav galīgs, taču tajā ir sniegti vairāki piemēri, kas varētu radīt šo pārpalikumu.
Daudzi cilvēki, kas strādā šajā jomā, izvēlas tumšo vielu, jo tas būtu izrāviens, ja tumšā matērija iznīcinātu un ražotu gamma starus un parastās vielas daļiņas. Tas būtu sapņu scenārijs astrofiziķiem, kas meklē tumšās vielas. Bet novēlēta domāšana nekad nav novedusi pie lieliem atklājumiem. Un, lai gan tumšā viela visbiežāk tiek pasniegta kā pozitrona pārpalikuma skaidrojums, tā nav lielāka iespējamība kā citplanētiešu pārstāvjiem, kas izskaidro zvaigzni Tabby.
Pēc lūguma paskaidrot HAWC galvenajai izmeklētājai Brendai Dingusai, Ītans Sīgels saņēma šādu komentāru:
“Neapšaubāmi ir arī citi pozitronu avoti. Bet positroni nemaldās tālu no saviem avotiem, un tuvumā nav daudz avotu. Divus labākos kandidātus atklāja HAWC, un tagad mēs zinām, cik daudz pozitronu viņi ražo. Mēs arī zinām, kā šie pozitroni izkliedējas no saviem avotiem; lēnāk, nekā paredzēts. Lai gan mēs esam apstiprinājuši netālu esošo pozitronu avotus, esam atklājuši, ka positroni ļoti lēnām pārvietojas prom no savas izcelsmes vietas un tāpēc uz Zemes nerada pozitronu pārpalikumu. Novēršot vienu iespēju, mēs padarām citas iespējas ticamākas. Tomēr tas nenozīmē, ka pozitroniem IR JĀNĀK no tumšās matērijas. Mēs to nedomājam."
Zīmīgi, ka HAWC datu pozitroni veido tikai 1% no citos eksperimentos novērotajiem pozitroniem, norādot uz kaut ko citu kā šīs dienas varoni. Ja tiek veikts novērojums, kas ir pretrunā ar mūsu tradicionālajām idejām, piemēram, ar astrofizikālo pozitronu pārpalikumu, nevajadzētu izslēgt, ka var būt iesaistīta tumšā matērija. Bet ir daudz ticamāk, ka citi astrofiziski procesi izskaidro šos efektus. Kad zinātnē parādās noslēpums, visi vēlas revolūciju, bet visbiežāk viņi iegūst kaut ko parastu.
Iļja Khels