Am prezentat într-un articol recent cel mai mare detector cu magnet permanent, AMS-02 (Alpha Magnetic Spectrometer), menit să vâneze antimaterie și materie întunecată în spațiu. În prezent, AMS-02 se află la Kennedy Space Center (SUA), lansarea sa către Stația Spațială Internațională (International Space Station) fiind planificată pentru februarie 2011. Ce este însă materia întunecată pomenită în articol? Vom explica, pe scurt, cum a luat naștere această noțiune și din ce ar putea fi alcătuită misterioasa materie întunecată.
Câtă materie există în univers? Evident, vorbim despre universul observabil, cel pe care îl putem vedea cu telescoapele, de exemplu, nu la cel al definițiilor alternative, care văd acest univers observabil ca fiind doar o parte dintr-un univers mai mare, pe care însă nu-l putem observa deoarece lumina emisă din acest univers nu ar fi avut timp să ajungă încă la noi.
Întrebare extrem de dificilă, la care există în prezent un răspuns uimitor: cea mai mare parte a materiei în univers este întunecată, constituind așa-zisa față invizibilă a universului. Materia obișnuită, vizibilă – cea care emite sau interacționează cu radiația electromagnetică, din care face parte și lumina – reprezentată, de exemplu, de stele, constituie circa a cincea parte din totalul materiei. Restul, până la aproximativ 80%, este alcătuit dintr-o formă de materie care are doar efecte gravitaționale la nivel de galaxii sau cluster de galaxii și care nu se știe exact din ce ar putea fi compusă. Ea nu emite lumină, motiv pentru care a căpătat numele de materie întunecată, dark matter în engleză.
CUM A FOST STABILITĂ EXISTENȚA MATERIEI ÎNTUNECATE?
Materia întunecată a fost postulată ca materie lipsă de către Fritz Zwicky, în 1934, pentru a explica viteza orbitală de rotație a galaxiilor în grupările de galaxii (așa-numitele clustere de galaxii). Această viteză, fiind un efect al forței gravitaționale, depinde de cantitatea de materie aflată în interiorul orbitei de rotație – la fel ca viteza de rotație a planetelor din sistemul solar, care depinde de masa Soarelui și de distanța față de el și, cu o contribuție foarte mică, de masa planetelor din interiorul orbitei acestora. Ei bine, viteza de rotație a galaxiilor corespunde unei mase mult mai mari decât cea observată, de unde Zwicky a emis ipoteza existenței unei materii lipsă.
La sfârșitul anilor ’60, începutul anilor ’70, astronomul Vera Rubin a efectuat măsurători de precizie privind viteza de rotație a stelelor în galaxiile cu formă spirală, în special a stelelor aflate la periferie. Ea a constatat că aceste viteze rămân practic constante în loc să se micșoreze, cum ar fi fost de așteptat, considerând că la periferie distanța este mai mare iar cantitatea de materie din interiorul orbitei rămâne aproape constantă. Ca și cum galaxiile ar fi învăluite de un strat (halo) de materie întunecată, cu o contribuție gravitațională importantă.
EFECTUL DE LENTILĂ GRAVITAȚIONALĂ
Există mai multe dovezi ale efectelor gravitaționale generate de materia întunecată, una dintre ele fiind efectul de lentilă gravitațională, prevăzut de teoria relativității generale a lui Einstein. Acest efect constă în faptul că de la obiecte îndepărtate și până la noi, lumina parcurge traiectorii care depind de cantitatea de materie pe lângă care trece, deformându-se ca și cum ar străbate o lentilă. Au fost efectuate măsurători care au demonstrat că efectul de lentilă gravitațională corespunde unei cantități de materie mult mai mari decât cea observată, ceea ce din nou a dus la concluzia existenței materiei întunecate. Ba mai mult, astronomii au descoperit în clusterul de galaxii Abel 520 o regiune, Train Wreck Cluster, în care materia întunecată pare separată de materia normală – deci o regiune alcătuită doar din materie întunecată!
Există și teorii care nu au nevoie de noțiunea materiei întunecate și care pun efectele măsurate pe seama unor modificări ale legilor gravitației: de exemplu teoria MOND – Modified Newtonian Dynamics. La ora actuală însă, pare mai plauzibilă existența materiei întunecate decât modificarea legilor gravitației. Experimentele continuă în ambele sensuri: și pentru detectarea materiei întunecate, și pentru modificarea legilor gravitației, cu efectele acestei modificări.
DIN CE AR PUTEA FI ALCĂTUITĂ MATERIA ÎNTUNECATĂ?
Există multe ipoteze, care văd particule încă nedetectate ca eventuali candidați pentru materia întunecată: neutrini sterili, neutralino, axion, etc. În fond, nu ar fi deloc de mirare să existe particule pe care încă nu le-am descoperit. Vom prezenta în articolele următoare atât experimente care vânează materia întunecată, cât și o altă față ascunsă a universului, mult mai bizară: așa-numita energie întunecată.
