Într-un articol publicat în revista Physical Review Letters se studiază posibilitatea ca materia întunecată să fie compusă din (inclusiv) fotoni întunecați, care ar fi purtători ai unei a cincea forțe în lumea materiei întunecate. Aceste rezultate ar explica măsurătorile efectuate de Cosmic Origin Spectrograph (COS), un instrument de la bordul Stației Spațiale Internaționale, care studiază filamentele de materie din Univers.
Materia întunecată
Materia întunecată reprezintă unul dintre cele mai mari mistere ale fizicii actuale; măsurători ale vitezelor de rotație ale stelelor (dar și alte fenomene) arată că este nevoie de materie în plus în galaxii (față de cea observată direct, care interacționează cu fotonii), care să explice atracția gravitațională necesară pentru vitezele măsurate ale corpurilor cerești, viteze care sunt mai mari decât ce se calculează doar din materia pe care o cunoaștem.
Cercetătorii au propus diverse scenarii și modele ca să explice din ce ar fi compusă această materie în plus, denumită materie întunecată. Există astfel propuneri de particule (precum axionii) cu masă extrem de mică, dar și de particule cu masă foarte mare, precum cele super-simetrice. Prin intermediul unor experimente efectuate la acceleratoare de particule și în laboratoare subterane oamenii de știință încearcă să descopere aceste particule, însă până în prezent fără succes.
În acest context, observațiile astrofizice și astronomice sunt foarte importante, întrucât ele ne pot da indicații despre ce fel de particule trebuie căutate în cadrul acestor experimente.
Măsurătorile efectuate de COS
COS (Cosmic Origin Spectrograph) este un instrument la bordul Stației Spațiale Internaționale care determină spectre ale materiei din Univers. Printre măsurători, una foarte importantă este cea legată de filamentele de materie care se găsesc între galaxii. Aceste filamente de materie sunt mai calde decât este prevăzut de modelele fizice actuale. Din ce cauză? Vina ar putea să fie a materiei întunecate.
Fotonii întunecați explică datele de la COS
Un grup de cercetători teoreticieni a pornit de la o ipoteză care, așa cum au demonstrat în articolul lor publicat în Phys. Rev. Letters, ar explica de ce filamentele de materie dintre galaxii sunt mai calde decât ne așteptam. De vină ar fi fotonii întunecați.
Fotonii întunecați ar fi mediatorii unei noi interacțiuni din lumea materiei întunecate, la fel cum fotonii obişnuiţi sunt mediatorii interacțiunii electromagnetice. Fotonii întunecați ar avea însă masă, care ar putea fi 20 de ordini de mărime mai mică decât cea a electronului (fotonii normali nu au masă) și ar interacționa extrem de slab cu materia.
Ar fi posibil ca fotonii întunecați să se transforme în fotoni normali, de frecvența joasă, care să încălzească materia normală. Acest fenomen ar duce la încălzirea inclusiv a filamentelor de materie din Univers, așa cum a fost observat de COS.
Știm deci din ce este alcătuită materia întunecată?
Deocamdată nu avem motiv să sărbătorim. Avem nevoie de noi date, dar și de confirmări în cadrul experimentelor terestre. Rezultatul obținut de cercetătorii care au analizat datele COS cu ajutorul ipotezei fotonilor întunecați este important, întrucât ne arată cum structurile din Univers pot reprezenta detectoare de particule; filamentele de materie observate ar fi un fel de calorimetre (instrumente utilizate pentru măsurarea căldurii) extrem de mari. Evident că trebuie efectuate noi studii și noi măsurători, inclusiv cu alte metode și aparate, înainte să fim siguri de o descoperire atât de importantă.
În cuvintele unuia dintre cercetătorii implicați în studiu, Matteo Viel: „Filamentele cosmice sunt folosite de obicei pentru a cerceta proprietățile la scară mică ale materiei întunecate, în timp ce în acest caz am folosit pentru prima dată deplasarea spre roșu redusă din mediul intergalactic pe post calorimetru, pentru a verifica dacă toate procesele de încălzire pe care le cunoaștem sunt suficiente pentru a reproduce datele. Am constatat însă că lipsește ceva, pe care îl evaluăm ca o contribuție generată de fotoni întunecați”.
Materia întunecată rămâne încă un mister, însă noi măsurători – inclusiv de tip astrofizic și astronomic – ne pot ajuta să facem progrese importante în anii următori.
