Prvi dokaz tamne materije

The universe is wider than our views of it.
Henry David Thoreau



'Ništa drugo ne može objasniti ovakvo zračenje iz središta naše galaksije'.

Naučnici sa Massachussets Institute of Technology u Bostonu objavili su fotografiju za koju tvrde kako bi se moglo raditi o prvom prikazu Tamne materije na NASA-inom teleskopu.
Koristeći se teleskopom Fermi, istraživači su uhvatili signal za koji ‘nemaju nikakvog drugog objašnjenja.
Ovo je do sada najjasniji signal koji bi mogao ukazivati na čestice tamne materije, izjavio je Dan Hooper, znanstvenik sa Laboratorija Fermi.
Astronomi su uzeli snimke gama zračenja iz Mlečnog puta, i, jedan po jedan, uklonili svaki piksel koji je moguće objasniti poznatim izvorima gama zračenja, poput supernova ili čestica koje se sudaraju s međuzvezdanim plinom.
Ono što je ostalo, tvrde, trebala bi biti Tamna materija.
- Nema nikakvih poznatih ili predloženih astrofizičkih mehanizama koji bi objasnili ovo zračenje. To ne isključuje stvari kojih se još niko nije setio. Jako smo se trudili smisliti nešto, bez uspeha.

Levo je verzija gama zra;enja poznatih izvora (pulsar), desno gama zra;enje koje preostaje posle oduyimanja svih ovih izvora ( mogući sudar WIMP čestica).
Nasa,

Fermi Data Tantalize With New Clues To Dark Matter

OPTIČKA SLIKA

 

MLEČNI PUT

Nakon svih ovakvih otkrića, kako napisa jedan komentator u  Astronomskom časopisu, teško je zadržati um.  "Pa mi svo vreme, u kosmičkim merilima, živimo u prošlosti i pitanje je da li ćemo ikad spoznati sadašnjost".
I kada pročitamo najnovije informacije iz ove oblasti obično se pitamo a šta još nismo videli, a tu je, oko nas. Tako je sa našom galaksijom. Ovo otkriće je samo jedno od niza u ovih poslednjih tridesetak godina.
A pre njih, pretpostavljalo se da postoji smo ona, jedna jedina galaksija u Svemiru,  i sve što se nalazilo u Mlečnom putu,  zvezde, planete, magline itd., bile su samo tu i nigde više.
Nakon Hablovog proglašenja Andromede za galaksiju, i naravno najslavnijem i najpopularnijem teleskop na svetu,  teleskopu Habl, koji pune 24 godine šalje  fantastične slike iz Svemira  menjajući našu sliku i znanja, došlo se do brojke od 200 milijardi galaksija ( 250 milijardi zvezda u našoj galaksiji)
Ali, da li su brojke koje se spominju konačne, sasvim je opravdano pitanje.

plin oko mlečnog puta  

 

koji se prostire se na stotine hiljada svetlosnih godina u svim smerovima . Temperaturu iznosi između 999.726 i 2.499.726 stepeni C , što je nekoliko stotina puta veća temperatura od površine Sunca. Ako astronomi potvrde veličinu i masu omotača ( između 10 i 60 miliona zvezda poput  Sunca-masa svih zvezda u Mlečnoj stazi )  to bi moglo objasniti i problem 'nestalih bariona' u našoj galaksiji i koji čine 99,9 posto mase atoma koje nalazimo u svemiru.

  Gama zračenje, koje su otkrili naučnici sa MIT-a, moglo je nastati iz međusobnih sudara WIMP čestica.

TAMNA MATERIJA

Pored luminozne materije ( koja se može detektovati) sačinjene od protona, neutrona i elektrona, svemir se sastoji i od tzv. tamne materije. Tamna materija ne emituje svetlost, ali je takođe i ne reflektuje, pa se zato ne može detektovati kao vidljiva materija. Ona ima masu, pa svojom gravitacijom utiče na okolnu vidljivu materiju i zračenje koje ona emituje. Jedino se zahvaljujući tim svojstvima i može detektovati.

Od čega se sastoji  tamna materija?

Tamna materija se može podeliti na vruću (Hot Dark Matter – HDM) i hladnu (Cold Dark Matter – CDM). HDM je sačinjena od čestica sa jako malom masom, koje se zbog toga kreću brzinama bliskim brzini svetlosti (i zbog velikih brzina formiraju vrele gasove).
CDM je s druge strane sačinjena od čestica sa većom masom, pa njihove brzine nisu uporedive sa brzinom svetlosti (ove čestice formiraju hladnije gasove).

Čestice koje čine HDM i CDM mogu biti već poznate čestice, ali i neke hipotetičke čestice. Jedan deo hladne tamne materije je barionska tamna materija. Ona je izgrađena od nama poznatih čestica (bariona). Njoj pripadaju npr. massive compact halo objects, masivni kompaktni tamni objekti koji se nalaze u halou galaksije ( području ispod  i iznad diska ).Crna rupa spade u tu vrstu objekata kao i Braon patuljci. Ovi objekti, inače zvani MACHO objekti se detektuju pomoću efekta gravitacionog sočiva. Smatra se da barionska tamna materija predstavlja jako mali deo tamne materije.

 

 

 

CDM bi mogla biti sačinjena i od mnogih hipotetičkih čestica, koje se ne kreću relativističkim brzinama. Najčešće se u obzir uzimaju WIMP-ovi (Weakly Interacting Massive Particles) i SIMP-ovi (Strongly Interacting Massive Particles). Ni jedna od ovih čestica ne pripada standardnom modelu fizike čestica tj. barionskim česticama.

Iako WIMP-ovi do sada nisu eksperimentalno opaženi, teoretski to su, dakle masivne čestice, koje nemaju električni naboj (svojstvo bitno za elektromagnetsku silu) ni ‘boju’ (kolor naboj, bitan za kvantnu hromodinamiku i jaku nuklearnu silu), pa s drugim česticama interaktiraju jedino putem gravitacije i slabe nuklearne sile. Kako imaju veliku masu, kreću se polagano u usporedbi s drugim česticama (‘hladne čestice’) nemoguće ih je direktno otkriti teleskopima, jer ne zrače. Njihovo postojanje potvrđuje se indirektno. Gama zračenje, koje su otkrili naučnici sa MIT-a, moglo bi biti jedna takva indirektna potvrda - teoretskog modela za izvor zračenja nastalog iz međusobnih sudara WIMP čestica.

 

antihidrogen
 

Antičestice

Tamna materija retko ima interakciju s normalnom materijom, pa bi njene čestice zapravo  mogle biti antičestice sebi samima, što znači da se poništavaju prilikom sudara te pritom oslobađaju energiju. Gravitacija nekog planeta mogla bi te čestice uhvatiti u svoje polje i nakon sudara i poništavanja zadržati oslobođenu energiju, smatraju astrofizičari Dan Hooper i Jason Steffen iz Fermi National Accelerator Laboratorija.
Po toj teoriji  (Hooper tvrdi)  stenovite 'super Zemlje', koje se nalaze u regijama svemira u kojima je tamna materija zgusnutija, mogle bi dobiti dovoljne količine energije da imaju tekuću vodu na svojoj površini, čak i uz odsutnost dodatnog izvora topline od zvezda. Moguće je da planete u potpunoj tami svemira greje tamna materija i da je ona ključ za eventualni život na takvim planetima. Štaviše, tamna materija na taj način može grejati planete trilionima godina, što je period koji je duži od životnog veka bilo koje zvezde.

Neutrini

su čestice koje se takođe spominju kao čestice tamne materije. One ulaze u sastav vruće tamne materije . Neutrini imaju veoma malu masu, ne interaguju ni pomoću elektromagnetne, ni slabe nuklearne sile, pa ih je zato jako teško detektovati. Zbog ovoga se mogu svrstati u tamnu materiju. Međutim obični neutrini čine malu količinu tamne materije.

 

TAMNA MATERIJA U SVEMIRU  

Prisutnost tamne materije U SVEMNIRU traži se na osnovu gravitacijskih efekata koje ona ostavlja na objekte poput zvezda, maglica, ili svetla iz udaljenih galaksija.

• Po jednoj od pretpostavci mislilo se da u Sunčevom sistemu i okolo zapravo nema tamne materije (unutar 13.000 svetlosnih godina od nas).

• Po drugoj tamna materija lebdi oko vidljivih galaksija kao svojevrsna aura. Po toj teoriji i naša galaksija, Mlečna staza, uronjena je u veliki oblak tamne materije.

• Po trećima tamna materija se nalazi u središtima galaksija ( velika crna rupa čija masa još nije precizno utvrđena - procene se kreću od 100 do 3 miliona masa Sunca.) gde se skuplja pod uticajem gravitacije, a vidljiva materija zapravo čini samo 10% ukupne mase galaksije. Ostatak je tamna .

• Po nekima se planete nalaze na njezinim zgusnutim područjima a naša Zemlja, kao i ceo Sunčev sistem, zapravo „prolaze“ kroz tu materiju.

• Po većini, najviše tamne materije nalazi se u galaktičkom halou ( delovima iznad i ispod diska se nalazi. sa kuglastim skupovima starih zvezda, najstarijih u galaksiji). Ona se proteže do udaljenosti od čak 300 000 svetlosnih godina od središta i tvori galaktičku koronu.

Ako rezimiramo prethodne teorije dobijamo sliku u vidljivom svemiru galaksija, oblika nalik na diskove, formacija u kojima su, pod uticajem gravitacije i rotacije, gotovo sva tela raspoređena u jednoj ravnini. Tamna materija ili lebdi oko vidljivih galaksija kao svojevrsna aureola, ili je u njihovom središtu, ili..... ....  

Interesantno je spomenuti I teoriju po kojoj bi mogla da postoji i drugačija vrsta tamne materije, ona koja se ponaša sličnije vidljivoj. Zahvaljujući svojoj gravitaciji ona bi također mogla oblikovati diskove, odnosno galaksije. Udeo ove, drugačije tamne materije, mogao bi biti oko pet posto od ukupne količine tamne materije.
Ta vrsta tamne materije morala bi imati (svojstva slična vidljivoj materiji) tamne atome i fotone, te neku t amnu elektromagnetsku silu.

Ako je to tačno postoje cele tamne galaksije koje su nama nevidljive, ali su jednako stvarne kao i ove koje možemo videti golim očima. Postojanje takve tamne materije, koja je nazvana tamna materija dvostrukog diska (DDDM), moglo bi se registrovati po gravitacijskom uticaju na kretanje zvezda u galaksijama. DDDM bi se također mogla poništavati i stvarati gama zrake u područjima u kojima ih prema sadašnjim modelima ne bi trebalo biti.

Plavim kružićima su označene tamne galaksije, a crvenim krugom kvazar koji ih osvetljava


TAMNE GALAKSIJE
 
Tamne galaksije više nisu hipoteza. One postoje.

Još je 2004. godine Hubbleov svemirski teleskop  snimio neobični “avetinjski prsten” tamne materije u skupu galaksija ZwCl0024. U to vreme, prstenasta struktura je bio jedan od najjačih komadića dokaza o postojanju tamne materije.

Obratite pažnju i na na brojne iskrivljene likove dalekih galaksija koje je projektovala “gravitaciona leća” ovog skupa.

Britanski tim astronoma je 2005. godine, koristeći Lovel (Lovell) teleskop Univerziteta u Mančesteru, otkrio je objekat, za koji se veruje da je galaksija sačinjena skoro u potpunosti od tamne materije. Ovaj deo kosmosa sadrži veliku količinu mase koja rotira kao galaksija, ali u njemu skoro uopšte nema zvezda . Kako ne emituje svetlost, ova galaksija, je mogla biti nađena jedino uz pomoć radioteleskopa.

Internacionalni tim iz Engleske, Francuske, Italije i Australije tražio je takve tamne galaksije uz pomoć radio talasa. U Virgo jatu (udaljenom oko 50 miliona svetlosnih godina) pronašli su ogromnu količinu vodonika sa ukupnom masom sto miliona puta većom od mase Sunca. Ova galaksija dobila je ime VIRGOHI21. Na osnovu brzine rotacije ove galaksije zaključeno je da ona mora biti hiljadu puta masivnija od mase koja se može izračunati iz posmatranog vodonika. Da je to obična galaksija bila bi jako sjajna, i čak bi se mogla posmatrati sa dobrim amaterskim teleskopom.
Međutim čak i uz pomoć velikog optičkog teleskopa Isaka Njutna (The Large Isaac Newton Optical Telescope) u La Palmi nikakve zvezde nisu bile primećene, tako da se došlo do zaključka da je u pitanju tamna materija.

Takođe uz pomoć Habl teleskopa (The Hubble Space Telescope), 2007. godine otkriven je prsten tamne materije u jatu ZwCl0024+1652 (slika7). Ovo jato je takođe nastalo sudarom 2 jata pre oko 1 do 2 milijarde godina.

 

kosmička mreža

2012.godine,  posmatrajući jedan od najjasnijih izvora svetlosti – kvazar HE0109-3518, koristeći tehniku traženja plina koji svetli, tim na čelu sa Sebastianom Cantalupom ( astronomom sa Kalifornija univerziteta) otkrio je  “tamne galaksije,”, najgušće čvorove plina u kosmičkoj mreži. Za ove tamne galaksije se smatra da su bile premale ili previše mlade da bi se u njima formirale zvezde. Kvazar , odnosno galaksija, u čijem centru se nalazi supermasivna crna rupa, sija snagom stotina biliona zvezda (milion miliona) i osvetljava okolne galaksije u poluprečniku od deset miliona svetlosnih godina.  Za ove tamne galaksije je utvrđeno da su udaljene oko 11 milijardi svetlosnih godina, što znači da ih mi danas vidimo onakvim kakve su bile pre 11 milijardi godina. Ove godine, ovaj isti naučnik, sa novom ekipom otkrio je po prvi put deo mreže vlakana za koje se smatra da povezuju galaksije u sveopštoj „kosmičkoj mreži“.tgamne galaksije, izjavio je tim podom, predstavljaju manje delove kosmičke mreže. Kosmičku mrežu ekipa je otkrila koristeći istu tehniku traženja plina koji svetli.

I na kraju mali dodatak :

UTICAJ TAMNE MATERIJE NA LJUDSKO TELO

  Dva naučnika, Katherine Freese sa Sveučilišta u Michiganu te Christopher Savage sa Sveučilišta Stockholm, razmotrila su j kako tamna materija utiče na ljudsko telo i na koji način reaguje u dodiru s našim telima. Svakako ne na uobičajen način, a to znači da većina čestica tamne materije jednostavno prođe kroz nas kao da i ne postojimo. Neke od ( pretpostavljenih) čestica tamne materije mogu reagovati u dodiru s jezgrom vodika ili kisika, menjajući njihovu energiju ili okretaje. U eksperimentu za koji su uzeli čoveka prosečne težine 70 kilograma te izračunali koliko čestica tamne materije prolazi kroz njega putem signala. Od milijardi visoko energetskih WISP čestica, koje,npr., svake sekunde prođu kroz ljudsko telo, manje od njih 10 uspe pogoditi jezgra atoma u ljudskom telu u jednoj godini. Nisko energetske WISP čestice reaguju s jezgrama atoma u telu čak 100.000 puta na godinu, što je otprilike jednom u minuti. Što to znači za ljudsko telo? U smislu posledica po zdravlje, verovatno ništa, s obzirom da nas konstantno bombarduje solarno i ostala kosmička zračenja, koje imaju daleko veće posledice.