Nie ma „ciemnej strony” wszechświata?

Ciemna materia i ciemna energia - ta niepoznana część wszechświata, niewykryte nadal cząstki, dla których nie ma zadowalającej teorii od lat niepokoją umysły naukowców. W zrozumienie tego fenomenu włożono wiele wysiłku a tymczasem okazuje się, że być może wcale go nie ma... Tak sugerują na podstawie swoich badań student Utane Sawangwit i profesor Tom Shanks z Uniwersytetu Durham.

Hipoteza istnienia ciemnej materii wzięła się z niespójności danych na temat tempa rozszerzania się wszechświata z wyliczeniami - szacowana na podstawie oddziaływania grawitacyjnego masa materii we wszechświecie nie zgadzała się z ilością zaobserwowaną. Rozbieżność była tak duża, że wymagała uzupełnienia braku jakąś teorią. Dane wskazują na istnienie większej ilości materii niż możemy zaobserwować, zatem istnieje jakaś niewidoczna dla nas materia, która oddziałuje jedynie grawitacyjnie. Dane uzyskane z badań metodą soczewkowania grawitacyjnego potwierdziły jej istnienie i nawet pozwoliły określić jej rozkład w obserwowanym kosmosie. Mimo to istnienie czegoś, czego nie sposób dotknąć, nawet przy pomocy przyrządów, niepokoi uczonych, zwłaszcza fizyków.

Podobnie powstała hipoteza ciemnej energii, która ma odpowiadać za niewytłumaczalne przyspieszanie rozszerzania się wszechświata. Miałaby ona wywoływać ujemne ciśnienie, czyli grawitację odpychającą.

Dane na temat ilości tej „ciemnej strony" uzyskano na podstawie obserwacji rozkładu mikrofalowego promieniowania tła - czyli promieniowania pozostałego po Big Bangu i początkowych stadiach ewolucji wszechświata. Dane dostarczone przez satelitę WMAP, pozwoliły ocenić, że wszechświat składa się w 74% z ciemnej energii i 22% z ciemnej materii, podczas gdy znana nam materia stanowi jedynie 4% jego masy (tylko 0,4% przypada na galaktyki, reszta to międzygalaktyczny gaz).

Ciemność, widzę, ciemność...

Utane Sawangwit i prof. Tom Shanks, badając dane WMAP na temat mikrofalowego promieniowania tła, czyli inaczej promieniowania reliktowego, doszli do wniosku, że są one o wiele bardziej niedokładne, niż sądzono. Porównując dane pochodzące z satelity WIMP z danymi z radioteleskopów wykazali, że WIMP mocno „wygładza" obraz, zatem „zmarszczki" na generowanej przez niego mapie rozkładu promieniowania są zafałszowane. W rzeczywistości więc nie są rozmiaru czterech stopni kątowych, a dużo mniejsze. Nie sposób oczywiście w tej chwili ocenić dokładnie ich rozmiaru, ale im mniejszy ich rozmiar rzeczywisty, tym mniejsze prawdopodobieństwo, że tajemnicza ciemna materia w ogóle istnieje.

Obserwowane przez nas fotony promieniowania reliktowego na swojej drodze przebiegają przez olbrzymie klastry galaktyk. Wchodząc na obszar klastra światło ulega zabarwieniu niebieskiemu (zmienia się długość jego fali, przesuwa się w kierunku niebieskiego końca widma), zaś opuszczając go czerwienieje (przesuwa się w drugą stronę). Efekty te powinny się znosić, ale ponieważ galaktyki przyspieszają, poruszając się coraz szybciej, efekty te nie znoszą się całkowicie. Dlatego minimalnie wyższa obserwowanego temperatura fotonu oznacza, że przeszedł on przez galaktyczne klastry.

Jednak najnowsze badania, oparte na przeanalizowaniu miliona galaktyk w projekcie Sloan Digital Sky Survey, nie wykazały wcale takiego zjawiska. Jak mówi Utane Sawangwit, jeśli dalsze badania galaktyk potwierdzą te wyniki, oznacza to podanie w wątpliwość nie tylko istnienia ciemnej materii, ale także standardowego modelu Wszechświata, który miała wspierać.

Choć na temat ciemnej materii powstało już wiele hipotez i podejmowane są próby jej zarejestrowania, fizycy teoretycy zapewne odetchną z ulgą, kiedy nie będą musieli głowić się nad czymś niewidocznym i niezbadanym. Rezygnacja z tej hipotezy usunie także niektóre problemy teoretyczne, na przykład związane z tworzeniem się gwiazd, na który to proces ciemna materia musiałaby wpływać.

Jak jednak podsumowuje prof. Shanks, jeszcze nie jest przesądzone, czy ciemna materia istnieje, czy też nie. Być może nowe, dokładne wyniki wyeliminują konieczność jej istnienia, a może jedynie zmienią proporcje. Być może przesądzą o tym dane z europejskiego satelity PLANCK, który rejestruje dokładniejszą mapę rozkładu promieniowania resztkowego.

ciemna materia ciemna energia mikrofalowe promieniowanie tła promieniowanie reliktowe WMAP PLANCK Utane Sawangwit Tom Shanks Durham University