Šta je tamna materija?

Tamna materija ne emituje svetlost i ne može se posmatrati ni sa jednim postojećim astronomskim instrumentom koji detektuje bilo koji spektar elektromagnetnog zračenja. Uprkos tome, astrofizičari veruju da veći deo materije kosmosa čini materija koja je za nas tamna, odnosno nevidljiva.

Tamna materija je za nas misteriozna…kako bi to novinari voleli da napišu. Prema trenutnim procenama ona čini 26% mase svemira. Ovaj podatak je danas opšte poznat prema podacima iz rada prošlogodišnjeg dobitnika Nobelove nagrade za fiziku Jamesa Peeblesa.

masa svemira

Teorijski rad Jamesa Peeblesa je trajao dvadeset godina i omogućio je bolje razumevanje evolucije svemira od Velikog praska do danas i to zahvaljujući kosmičkom pozadinskom zračenju.

Kosmičko pozadinsko zračenje je toplotno mikrotalasno zračenje koje krenulo na svoj put oko 380 000 nakon Velikog praska. Satelit COBE koji je lansiran 1989. godine potvrdio je postojanje ovog zračenja, dok je detaljnije merenje urađeno 2001. godine pomoću satelita WMAP.

Kosmičko pozadinsko zračenje je otkriveno 1964. godine sasvim slučajno dok su dva naučnika Arno A. Penzias i Robert W. Wilson radili u Holmdelu u Americi za kompaniju Bell. Radili su sa velikom radio antenom da bi uhvatili radiosignale sa određenih satelita (ne sećam se imena satelita). Njihov rad je ometao slab šum za koji su oni mislili da potiče iz različitih izvora, pa i od izmeta golubova na samoj anteni. Kada su eliminisali sve moguće izvore šum je i dalje bio prisutan. Na koju god stranu okrenuli antenu ona je registrovala isti šum. Za svoje otkriće su 1978. godine dobili Nobelovu nagradu.

T20052016

Mapa pozadinskog zračenja snimljena satelitom WMAP

Ideja o postojanju kosmičkog pozadinskog zračenja potiče od Džordža Gamova koji ga je predvideo, tako da u trenutku otkrića zračenja nije prvi put svet čuo za njega.

Kosmičko pozadinsko zračenje je krenulo na svoj put 380 000 godina nakon Velikog praska kada se svemir ohladio na oko 3000 K da bi danas temperatura ovog zračenja bila 2,7 K. Fotoni ovog zračenja su najstariji koje registrujemo.

News-08Oct_3-Image02

Illustration: ©Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences]

Proučavajući kosmičko pozadinsko zračenje James Peebles došao je do njegovog poznatog dijagrama kosmosa u obliku zvona i došao do zaključka da se on sastoji od 5% vidljive materije, odnosno obične materije, zatim 26% tamne materije i 69% tamne energije…

Više o prošlogodišnjim Nobelovim nagradama za fiziku možete pročitati >>>> ovde.

Za tamnu materiju je lakše reći šta nije nego šta jeste.

Ona se ne sastoji od običnih atoma, onih gradivnih delova svakog od nas i poznate materije oko nas i koji čine svega 5% mase svemira. Tamna materija nije isto što i tamna energija prema Lambda-CDM modelu.

Tamna materija je nevidljiva, ne odbija i ne apsorbuje vidljivu svetlost, kao ni bilo koju drugu vrstu elektromagnetnog zračenja, kao što su npr. rendgenski zraci ili radio talasi. Zato se ne može direktno posmatrati jer sva naša posmatranja, osim detekcije gravitacioninh talasa zavise od elektromagnetnog zračenja koje detektujemo golim okom ili teleskopima (optičkim, radio…).

Ipak, tamna materija u interakciji sa običnom materijom daje merljive gravitacione efekte na veće strukture u svemiru kao što su galaksije ili jata galaksija. Na osnovu ovog efekta astronomi imaju mogućnost da naprave mape rasporeda tamne materije u svemiru, iako je ne mogu videti.

tamna materija

Magličasta plava struktura predstavlja tamnu materiju u jatu galaksija CL0024+17 – izvor: wikipedia

U svetu se danas ulaži veliki napori da bi se odredila priroda tamne materija radom na stvaranju sve složenijih i osetljivijih detektora. Tamna materija se sastoji od još do sada neidentifikovane čestice koja se potpuno razlikuje od barionske materije, odnosno materije koju vidimo svuda oko nas.

Razni eksperimenti upućuju na činjenicu da je tamna materija nebarionske i nerelativističke prirode. Jedan od preferiranih kandidata za nebarionsku tamnu materiju jesu WIMP (Weakly Interacting Massive Particles) čestice, koji su u većini modela stabilne. (M. Tomašević, 2014).

Pretpostavlja se da se WIMP čestice u sudaru jadna sa drugom uništavaju uz emitovanje neutrina i gama zraka. Međutim, astronomi su pretraživali nebo u potrazi za emislijama ovakvih neutrina ili gama zraka, ali bez uspeha.

Korišćeno je više različitih detektora za otkrivanje WIMP čestica. Ideja je da se WIMPdark-matter-remains-elusive čestice mogu sudariti sa običnim atomima i pri tome emitovati svetlost koju detektori mogu otkriti. Najosetljiviji detektor koji je izgrađen je XENON1T.  On se sastoji od rezorvoara od 10 metara u kome je smešteno 3,2 tone čistog ksenona okruženog multiplikatorima za detekciju i pojačavanje slabih bljeskova koji nastaju prilikom potencijalnih sudara WIMP čestica i običnih atoma. Do sada nisu zabeleženi ovakvi bljeskovi, a u toku je sledeća faza izgradnje ovog detektora.

Nemogućnost otkrivanja ovih čestica navela je mnoge naučnike da pronađu alternativu, a jedna od njih je čestica axion koja privlači veliku pažnju, ali ne objašnjavaja sve što je potrebno.

Ideja da u svemiru postoje objekti koji su nam nevidljivi i koji ne emituju svetlost postoje još od vremena Isaka Njutna, a Laplas je u 18. veku izneo ideju da mogu postojati objekti koji gutaju svetlost. Danas znamo za postojanje crnih rupa.

Fritz Zwicky

Fritz Zwicky

Međutim, prvi naučnik koji se pozabavio posmatranjem tamne materije je astronom Fritz Zwicky. On je posmatranjem Coma Cluster-a (veliko jato galaksija) 1933. godine zaključio da u ovom jatu mora postojati masa 500 puta veća od one koje je ranije izračunao Edvin Habl i jasno je bilo da je ova dodatna masa potpuno nevidljiva. Iako su ostali izražavali veliku sumnju u ovo otkriće kasnije su ga i mnoge druge grupe astronoma potvrdile.

Trideset godina kasnije stigao je veliki dokaz o postojanju tamne materije, zahvaljujući

vera rubin

Vera Rubin

Veri Rubin. Ona je otkrila da se centri galaksija okreću istom brzinom kao i njeni spoljni delovi, a trebalo bi da se okreću brže. Delovalo je da je brzina rotacije galaksija toliko velika da bi se materija i njih trebala razleteti u svemir. Međutim, s obzirom da to nije slučaj moralo je postojati nešto što je dodatno gravitacijski moralo sve to da drži na okupu. Posmatranjem je bilo jasno da to ne čini samo vidljiva materija, već da mora postojati i dodatni uticaj neke nevidljive materije. Jedini način da se to objasni bio je postojanje tamne materije za koju je Fritz Zwicky tvrdio da postoji.

Za ovo otkriće je Vera Rubin dobila mnoge nagrade, ali na žaslost nije dobila Nobelovu nagradu za fiziku.

Iz svega ovoga se može zaključiti da će se o tamnoj materiji još pričati kao materiji nepoznate prirode i da će se još mnogo truda i novca uložiti za njeno detektovanje.

____________________________________________

Korišćeni izvori:

  1. https://earthsky.org/astronomy-essentials/definition-what-is-dark-matter
  2. http://poincare.matf.bg.ac.rs/~olga/oaf/seminarski/M.Tomasevic.pdf
  3. https://www.astronomija.org.rs/biografije/10899-umrla-vera-rubin

 

 

 

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s