Materia întunecată este o componentă a Universului care nu emite, nu reflectă și nu absoarbe lumină, deci nu poate fi văzută cu telescoapele, dar exercită atracție gravitațională asupra stelelor, gazului și galaxiilor. Estimările cosmologice actuale o plasează la aproximativ un sfert din conținutul total de masă și energie al Universului, de aproape cinci ori mai mult decât materia obișnuită din care sunt făcute stelele, planetele și noi.
Termenul „întunecată” nu înseamnă că este neagră ca un nor de praf, ci că nu interacționează cu lumina. Mai jos vezi ce observații au dus la această idee, ce explicații au fost propuse și ce rămâne nelămurit.
Cum a apărut ideea
În anii 1930, astronomul Fritz Zwicky a studiat un roi de galaxii și a observat că galaxiile se mișcă mult prea repede pentru masa vizibilă din roi. Dacă ar fi existat doar materia luminoasă, roiul s-ar fi destrămat. El a presupus că există o masă suplimentară care le ține împreună. Ideea a fost privită cu rezerve multă vreme.
Dovezile au devenit greu de ignorat în anii 1970, când Vera Rubin și colaboratorii au măsurat vitezele cu care se rotesc stelele în galaxii spirale. Ne-am aștepta ca stelele de la margine să se miște mai lent, la fel cum planetele îndepărtate se mișcă mai lent în jurul Soarelui, după regulile gravitației pe care le descrie articolul despre gravitație. În realitate, vitezele rămân aproape constante pe distanțe mari, ca și cum galaxia ar fi cuprinsă într-un halo uriaș de masă invizibilă.
Ce spune curba de rotație
Pentru Calea Lactee și pentru alte galaxii, masa necesară ca să explice mișcarea stelelor depășește cu mult masa însumată a stelelor, gazului și prafului. Despre structura galaxiei noastre poți citi în articolul despre Calea Lactee și galaxii.
Alte dovezi independente
Rotația galaxiilor nu este singurul indiciu. Mai multe metode diferite ajung la același rezultat.
- Lentile gravitaționale. Masa deviază lumina, așa cum prezice teoria relativității, explicată în articolul despre relativitate. Imaginile galaxiilor îndepărtate sunt deformate de roiurile din față mai mult decât ar permite masa vizibilă.
- Roiul Bullet. În două roiuri de galaxii aflate în coliziune, gazul fierbinte, care conține cea mai mare parte din masa obișnuită, a rămas în urmă, dar masa măsurată prin lentilare se află în altă parte. Asta sugerează că majoritatea masei nu este gaz.
- Radiația cosmică de fond. Harta acestei lumini vechi arată fluctuații a căror mărime se potrivește cu un Univers care conține un anumit amestec de materie obișnuită și materie întunecată.
- Formarea structurilor. Simulările arată că galaxiile și roiurile se pot forma în timpul cunoscut al Universului doar dacă există materie întunecată care a început să se adune mai devreme decât materia obișnuită.
Pentru povestea cosmică în care se așază aceste date, vezi articolul despre Big Bang.
Din ce ar putea fi făcută
Răspunsul sincer este că nu știm. Cercetătorii au propus mai multe categorii de candidați, rezumate în tabelul de mai jos.
| Candidat | Idee de bază | Stare actuală |
|---|---|---|
| WIMP | Particule grele care interacționează foarte slab | Căutate în detectoare subterane, fără detecție confirmată |
| Axioni | Particule foarte ușoare, propuse în fizica particulelor | Căutări în desfășurare |
| Neutrini sterili | Variantă de neutrini care nu interacționează aproape deloc | Ipoteză deschisă |
| Obiecte compacte | Găuri negre sau stele foarte slabe | Pot explica doar o mică parte |
Dacă materia întunecată ar fi alcătuită din particule obișnuite, ele ar fi fost deja găsite. Particulele din modelul standard, descrise pe scurt în articolul despre atom și particule, nu se potrivesc proprietăților cerute. De aceea explicația cea mai răspândită presupune particule noi.
Detectoare ascunse sub munți
Pentru a căuta particule rare, experimentele sunt amplasate în mine adânci sau tunele, unde roca filtrează radiația cosmică obișnuită. Ele urmăresc semnale foarte slabe, de exemplu o ciocnire între o particulă ipotetică și un nucleu atomic. Până acum, rezultatele au fost doar limite superioare: se știe mai bine ce nu este materia întunecată.
Există alternative?
O parte dintre fizicieni au propus că nu materia lipsește, ci legile gravitației trebuie modificate la distanțe și accelerații foarte mici. Cea mai cunoscută astfel de idee, numită dinamică newtoniană modificată, poate explica bine curbele de rotație ale galaxiilor. Are însă dificultăți cu roiurile de galaxii și cu radiația cosmică de fond. Majoritatea comunității rămâne la ideea de materie întunecată, dar subiectul este activ discutat, iar noi observații pot schimba echilibrul argumentelor.
Și energia întunecată?
Cele două denumiri se confundă ușor, dar se referă la lucruri diferite. Materia întunecată atrage prin gravitație și ajută la formarea galaxiilor. Energia întunecată este numele dat cauzei necunoscute care face ca expansiunea Universului să accelereze. Estimările actuale atribuie ei cam două treimi din conținutul total, dar natura ei este și mai puțin înțeleasă.
Ce merită reținut despre materia întunecată
- Nu emite și nu absoarbe lumină, dar se vede prin efectele gravitaționale.
- Dovezile vin din rotația galaxiilor, lentilele gravitaționale, roiuri în coliziune și radiația cosmică de fond.
- Constituie aproximativ un sfert din conținutul Universului, de câteva ori mai mult decât materia obișnuită.
- Natura ei este necunoscută, iar detectoarele nu au găsit încă o particulă candidată.
- Teoriile alternative modifică gravitația, dar nu explică la fel de bine toate observațiile.
Întrebări frecvente
Materia întunecată este același lucru cu o gaură neagră?
Nu. Găurile negre sunt obiecte compacte, formate din materie obișnuită, și pot fi detectate prin efectele lor. Observațiile arată că nu pot reprezenta mai mult decât o fracțiune mică din materia întunecată. Despre ele poți citi în articolul despre găurile negre.
Poate fi materia întunecată în jurul nostru?
Conform modelelor, da. Ea ar trebui să fie prezentă și în Sistemul Solar, dar foarte rarefiată, așa că efectele ei locale sunt minuscule. Detectoarele de pe Pământ caută tocmai astfel de interacțiuni rare.
De ce nu poate fi văzută cu un telescop mai bun?
Pentru că nu emite lumină sau alte radiații electromagnetice. Telescoapele surprind lumină, iar materia întunecată o lasă să treacă fără să o absoarbă sau să o reflecte.
S-a dovedit că materia întunecată există?
Efectele gravitaționale atribuite ei sunt bine măsurate, dar identitatea ei nu este dovedită. Termenul acoperă o problemă observată: masa totală este mai mare decât cea vizibilă.
Ce rezultate se așteaptă în viitor?
Detectoare mai sensibile, telescoape spațiale care cartografiază lentilele gravitaționale și experimente cu acceleratoare de particule vor aduce date noi. Nu se poate spune când va veni un răspuns, iar rezultatul poate fi o particulă nouă sau o schimbare a teoriei.
