Ciemna materia. Tajemnica tajemnic współczesnej fizyki
Piotr Cieśliński
Jest Świętym Graalem fizyków. Zagadką, na której najwięksi geniusze łamią sobie zęby. Otacza nas ze wszystkich stron i - jak podejrzewamy - przenika przez nasze ciała, ale nie potrafimy jej wykryć.
Zarówno my jesteśmy dla niej przezroczyści, jak i ona jest przezroczysta dla nas. Nie mamy pojęcia, z czego się składa, choć od lat tropimy ją na Ziemi i w kosmosie. A może wcale jej nie ma? Może jest jak XIX-wieczny eter, który miał przenikać całą przestrzeń, a okazał się po prostu fatamorganą? Odpowiedź na to pytanie godna jest Nobla i z całą pewnością przyczyni się do wielkiej rewolucji w fizyce.
Amerykański noblista Frank Wilczek mówił mi, że gdyby ułożyć listę największych nierozwiązanych problemów w fizyce, to ciemna materia znalazłaby się na pierwszym miejscu.
Znana materia - 4,9 proc.
Na te 4,9 proc. składa się:
WODÓR: 74 proc. Najpowszechniejszy pierwiastek chemiczny we Wszechświecie, podstawowy budulec gwiazd.
HEL: 24 proc. Powstał wraz z wodorem (i śladowymi ilościami deuteru oraz litu) w pierwszych trzech minutach po Wielkim Wybuchu.
CIĘŻSZE PIERWIASTKI: 1,9 proc. Tlen, wegiel, neon, żelazo, azot, krzem, magnez, siarka... Te i inne pierwiastki z tablicy Mendelejewa są odpadem z ewolucji gwiazd.
NEUTRINA: 0,1 proc. Najliczniejsze (obok fotonów światła) cząstki w kosmosie - jest ich średnio 300 mln w każdym metrze sześciennym. Ale są bardzo lekkie.
Dziwadło, w które nikt nie wierzy
Na pierwszy ślad tego świata cieni wpadł w roku 1933 r. Fritz Zwicky, szwajcarski uczony, jeden z najbardziej oryginalnych astrofizyków zeszłego stulecia, który mierzył prędkości ruchu galaktyk w gromadzie Coma w konstelacji Warkocz Bereniki. Próbował zrozumieć, co sprawia, że to zgrupowanie ponad tysiąca galaktyk trzyma się razem, choć wirują wokół siebie z wielkimi prędkościami - średnio 1 tys. km na sekundę.
Każdy, kto kręcił się na karuzeli w wesołym miasteczku, wie, że gdyby siodełko urwało się z łańcucha, to zamiast kręcić się w koło, poleciałoby w siną dal. W gromadzie galaktyk takim łańcuchem jest siła grawitacji.
Z pomiarów Zwicky'ego wynikało jednak, że galaktyki poruszają się tak szybko, że już dawno powinny się urwać z uwięzi grawitacji, a cała gromada - rozlecieć we wszystkie strony.
Zwicky uznał, że w tej gromadzie musi być coś więcej poza widocznymi gwiazdami. Przez teleskopy widać tylko to, co świeci, więc ten hipotetyczny niewidoczny element ochrzcił mianem "ciemnej materii". Jego hipoteza była wtedy ledwie astronomiczną egzotyką, dziwadłem, w które tak naprawdę nikt nie wierzył.
Ale po raz kolejny tajemnicza materia dała o sobie znać w latach 70. zeszłego wieku, gdy wyniki pomiarów ruchu gwiazd opublikowała Vera Rubin z Carnegie Institution w Waszyngtonie. Rubin zmierzyła prędkość gwiazd na obrzeżach Wielkiej Mgławicy Andromedy, galaktyki porównywalnej z Drogą Mleczną. Spodziewała się, że podobnie jak planety w Układzie Słonecznym gwiazdy bardziej oddalone od masywnego centrum poruszają się wolniej. Ze zdziwieniem jednak odkryła, że prędkość bliższych i dalszych gwiazd jest taka sama. Potem Rubin zmierzyła jeszcze krzywe rotacji ponad 200 innych galaktyk. Rezultaty wskazywały na to, że gwiazdy "czują" grawitacyjne przyciąganie czegoś, co jest rozleglejsze i ma dużo większą masę niż to, co widać w teleskopach.
Około roku 1980 większość astrofizyków pogodziła się z niepokojącą myślą, że galaktyki zawierają jakąś niewidoczną materię. O masie aż 10 razy większej niż masa wszystkich widocznych gwiazd! Obecne szacunki wskazują, że jest jej ponad pięć razy więcej (pod względem masy) niż całej zwyczajnej materii, złożonej ze znanych pierwiastków, które uporządkowaliśmy w tablicy Mendelejewa.
Ciemna materia - 26,8 proc.
Z czego może się ona składać?
WIMP-y. Hipotetyczne ciężkie cząstki (masywniejsze od atomu wodoru), które bardzo słabo oddziałują z widzialną materią
MACHO. Ciemne obiekty, zbudowane ze zwykłej materii, np. czarne dziury, wypalone gwiazdy albo samotne planety
AKJSONY. Hipotetyczne cząstki pozbawione ładunku i bardzo lekkie, które 35 lat temu wymyślili prof. Frank Wilczeki Steven Weinberg
.
Więcej na:
http://wyborcza.pl/1,145452,18622332,ci ... izyki.htmlwww.astrokrak.pl