Jak złapać ciemną materię?

Istnienie ciemnej materii to wciąż jedynie teoria, gdyż nikt nie wykrył jej fizycznej obecności.

Muszę niestety zaprotestować. Krzywe rotacji galaktyk są takie jakie są (mierzymy to), a to co świeci ma taką, a nie inną masę (potrafimy to dobrze oszacować). A wynika z tego prosta alternatywa:

1. fizyka jest błędna (i są tu różne próby, jak modyfikowanie praw dynamiki itp.)

albo

2. istnieje ciemna materia (bez wnikania, czym jest) - ciemna dlatego, że jej nie widzimy, a jest - bo oddziałuje grawitacyjnie.

Większość fizyków odrzuca tymczasem 1. Wynika z tego 2.

Czarnej dziury też nikt nie widział. I nie zobaczy.

Jednym z potencjalnych wyjaśnień jest obecność całkiem sporej ilości czarnych dziur, których nie możemy namierzyć... a może też innych skupionych obiektów, których nie umiemy namierzyć. Może sumaryczna masa brązowych karłów nie jest tak mała jak nam się wydaje? Są to jednak słabo świecące obiekty o całkiem sporej gęstości.

Osobiście obstawiam, że gdy znajdziemy ciemną materię, to okaże się, że to zwykła znana nam materia ale w postaci, której nie umieliśmy wcześniej dostrzec.

Znacznie ciekawiej wygląda teoria ciemnej energii, której jest znacznie więcej niż ciemnej materii... ale obstawiam, że jednak nie istnieje, a to co widzimy to są błędy pomiarów.

Nie do końca Pogo. Takie projekty jak OGLE czy MACHO powstały właśnie po to, by rozstrzygnąć, czy obiekty zwarte mogą być ciemną materią. Nastawiono się na statystykę zjawisk soczewkowania grawitacyjnego. Niestety - dla Twoich hipotez - statystyka okazała się nieubłagalna.

Jakoś wciąż nie widać tej ciemnej energii ani ciemnej materii. Jeśli jest ich tak dużo, to dlaczego wpływają one tak silnie na takie duże obiekty jak galaktyki, a nie możemy namierzyć ich na Ziemi? Proste wyjaśnienia zwykle są bliższe prawdy i dlatego ja także sądzę, że ciemna materia kryje się w ciemnych zakamarkach nauki podobnie jak kiedyś flogiston i eter. Też uważam, że te ciemne twory okażą się kiedyś zwykłą materią i energią - zwykłe w tym sensie, że już je znamy tylko (jak powiedział pogo) nie umiemy ich dostrzec z tak dużej odległości i po tak długim czasie.

Zastanawiam się czy ktoś próbował mierzyć, czy oddziaływanie tych ciemnych "tworów" jest takie samo dla dalekich i bliskich nam galaktyk?

Sławko. Moim zdaniem twory takie jak flogiston, eter czy cieplik przysłużyły się fizyce. A to, że ich nie ma? Cóż, tak bywa.

Dla dobrego nastroju warto może przypomnieć wyniki nie tak dawno opublikowanej pracy, w której autorzy wyznaczali gęstość ciemnej materii w okolicach Słońca. Wyszło ładne i okrągłe 0. Ale ciemna materia jest - choćby ta barionowa, zwykła, jak czarne dziury, brązowe karły i planety, i ta niebarionowa, jak choćby 'zwykłe' neutrina (to, że tego 'znanego' jest zbyt mało dla 'sztandarowych' modeli, to inna rzecz). "Pusta" przestrzeń między grupami galaktyk też nie jest pusta - wysokoenergetyczna emisja przekonuje nas, że jest tam rzadka i bardzo gorąca plazma. Może generowane tam prądy dają przyczynek do całości?

Jeśli o poglądach mowa, to uważam, że chyba staramy się nazbyt prostym modelem wyjaśnić coś bardziej złożonego. Zapewne prawda leży gdzieś pośrodku.

P.S. Oddziaływanie tych "ciemnych" tworów jest tym większe, im większy kawałek rzeczywistości opisujemy (o zależności M/L od odległości galaktyki nie słyszałem).

Nie twierdzę, że teoria ciemnej materii i ciemnej energii nie przysłużą się fizyce, bo wiem też że zawsze gdy coś nie zgadza się z obliczeniami teoretycznymi, albo pomiarami prowadzi do nowych odkryć.

Patrząc na to niejako z zewnątrz (nie jestem z zawodu ani astronomem ani nawet fizykiem, ale chemikiem i informatykiem) widzę, że pewne sprawy chyba umykają fizykom (takie odnoszę wrażenie). Przytoczę je choć nie wiem, czy nie wywoła to niepotrzebnych dyskusji (bo może trochę zbyt filozofuję), ale:

1. Zgodnie z teorią Einsteina materię można przeliczyć na energię i odwrotnie, więc może ciemna energia i ciemna materia to to samo?

2. Materia wpływa na zachowanie innej materii poprzez różne oddziaływanie, w tym grawitacyjne, więc patrząc z daleka możemy nie zauważyć, że źródłem oddziaływania może być nieświecąca materia, a nie jakaś czysta i ciemna energia.

3. Oglądając Wszechświat z naszej perspektywy widzimy wszystko w czasie przeszłym i to niekiedy naprawdę bardzo "zaprzeszłym", gdy cały wszechświat był znacznie mniejszy, odległości pomiędzy obiektami także znacznie mniejsze, a co za tym idzie także większe wzajemne oddziaływanie. Czy w każdym modelu te rzeczy są uwzględniane?

4. Gdy Wszechświat był mniejszy być może istniały jakieś inne cząsteczki, po których dzisiaj nie ma już śladu. Wszak jest też teoria, która mówi, że atomy też kiedyś rozpadną się na skutek rozszerzania się Wszechświata. Czy więc ciemna materia rozpadła się emitując ciemną energię?

5. Wszechświat podobno rozszerza się, ale wiadomo że istnieją lokalne zagęszczenia i ugięcia czasoprzestrzeni, więc zarówno przestrzeń jak i czas nie są jednorodne w całym Wszechświecie. Czy te sprawy są uwzględniane we wszystkich obliczeniach?

6. Czy zanikanie ciemnej energii/materii, lub ich przekształcanie się w znane nam formy mogłoby tłumaczyć dlaczego obserwujemy je w przeszłości w odległych galaktykach, a nie widzimy ich teraz czyli w pobliżu Słońca?

7. Ile tak naprawdę nieświecącej materii krąży w przestrzeni międzygwiezdnej i międzygalaktycznej? Może masa tego "pyłu" (skał, lodu, planet, a może i czarnych dziur) jest jednak znacznie większa niż sądzimy?

8. Być może Wszechświat jeszcze do niedawna rozszerzał się szybko, a teraz z braku ciemnej energii zwalnia. Skąd naprawdę mamy to wiedzieć skoro cały czas obserwujemy przeszłość?

Takich pytań jest jeszcze wiele.

Sławko! Dziś zapewne nie zdążę odpowiedzieć na wszystko, ale chętnie podzielę się tym, co wiem. Teraz tylko krótko ad. 1.

W teorii Einsteina wszystko o czym piszesz siedzi w tensorze energii-pędu. A ciemna energia (o której jeszcze ja nie wspomniałem:) ), jest czymś, czego w tensorze nie ma - wynika ona z magicznej stałej kosmologicznej, którą wprowadził jeszcze Einstein (w innym celu - chciał, aby Wszechświat był stacjonarny; niedługo potem - E. Hubble - okazało się, że Wszechświat rozszerza się). Dziś stałą kosmologiczną wprowadza się, by dopasować do modelu obserwowane tempo ekspansji Wszechświata.

Też kiedyś myślałem, że może to być nieświecąca materia, ale takie ilości pyłów i gazów dają mierzalne pociemnienie odległych gwiazd i galaktyk. Na podstawie tego pociemnienia można oszacować ich ilość - wyniki nadal nie dają żadnej nadziei, że to ma dość masy by być ciemną materią.

Ja wciąż czekam na obalenie teorii ciemnej materii tak jak została obalona teoria eteru. Na razie jest nam ona potrzebna do obliczeń i poznawania wszechświata, ale to nie będzie trwać wiecznie

Pogo, myślę, że czekasz na obalenie teorii ciemnej energii (trzymam kciuki). Z teorią ciemnej materii nie musi być tak gładko, ale zobaczymy.

Sławko.

2. Ciemna materia i ciemna energia to dwie oddzielne kwestie. Pierwszą 'widzimy' tuż za progiem (napisałem to wyżej), ot w pobliskich galaktykach, jakieś parę milionów lat temu. Ciemna energia jest niezbędna do tego, by dopasować model do obserwowanego tempa ekspansji (wydaje się, że Wszechświat przyspiesza, co jest zupełnie sprzeczne z intuicją). I ciemna energia nie ma charakteru zwykłego przyciągania grawitacyjnego, tylko odpychania. Tak jak Einstein wprowadził stałą kosmologiczną po to, by mu się jego świat nie rozszerzał (tak jakoś wychodziło z równania), tak teraz wprowadzamy to po to, by przyspieszał w tym rozszerzaniu, a nie zwalniał. No i mówimy już o obserwowanej skali miliardów lat.

3. Tak.

4. Być może. Ciemna energia musi być czymś 'pierwotnym' (o ile istnieje).

5. Nikt nie modeluje ewolucji Wszechświata z takimi szczegółami - obliczenia nawet dla 'prostych' metryk są koszmarne. O ile wiem, modele dają jednak 'statystykę' zaburzeń rozkładu materii (bez tego by nas nie było), co można porównać z fluktuacjami obserwowanymi w mikrofalowym promieniowaniu tła.

6. Nie wiem, ale pytanie uderza chyba w zasady zachowania. Nie widzimy czegoś takiego; pewne rzeczy są bardzo podobne - bez względu na wiek.

7. Prawdę powiedziawszy - nie wiemy. Projekty mikrosoczewkowania dają statystykę, z której mamy np. górne ograniczenie na ilość czarnych dziur czy planet. Ale dokładnie wiemy, ile brakuje, by wytłumaczyć np. krzywe rotacji galaktyk (przy założeniu, że znane ze szkoły prawo grawitacji + zasady dynamiki są poprawne zawsze i wszędzie).

8. To co obserwujemy mówi, że Wszechświat przyspiesza. Ale nikt nie powiedział, że w naszym rozumieniu nie ma luk.

Dziękuję astroboy za to, że poświęciłeś dla mnie czas i tak szczegółowo odpowiedziałeś na moje pytania - dałem Ci za to punkty/oceny pozytywne. Przyznaję, że rzuciłeś nieco światła na moją wiedzę w tym temacie i może powinienem nieco zweryfikować moje poglądy na tematy "ciemnych mocy". Czekam też z niecierpliwością co wykażą przygotowywane i prowadzone badania w tym kierunku bo czuję, że rozwiązanie tej zagadki może wywrócić całkowicie naszą wiedzę o kosmosie i budowie materii, o ile nie jest to wynik naszych błędów.

Poczekać możemy, niestety, dość długo. Ale zobaczymy. O błędy bym się nie obawiał - nauka jest ciekawym tworem, który szybko się samoweryfikuje. Nawet z dość prozaicznych (ludzkich) powodów.