În inima galaxiei noastre se întâmplă ceva straniu și inexplicabil. Oamenii de știință au descoperit un fenomen misterios care ar putea schimba complet înțelegerea noastră despre una dintre cele mai mari enigme ale fizicii — materia întunecată. Se pare că materia întunecată ar putea fi capabilă de autodistrugere, producând efecte pe care, în sfârșit, le putem detecta.
Straniul necunoscut al Universului
Imaginați-vă că 85% din Univers constă din ceva ce nu putem vedea, atinge sau măcar detecta direct. Sună a science fiction, nu-i așa? Dar oamenii de știință sunt convinși că aceasta este realitatea. Materia întunecată este o substanță misterioasă care nu interacționează cu lumina și cu restul materiei „obișnuite” din care suntem alcătuiți noi, stelele și planetele.
Dacă particulele obișnuite sunt extrovertiții sociabili ai cosmosului, care interacționează constant unele cu altele, particulele materiei întunecate sunt introvertiții retrași care preferă să se țină deoparte. Singura modalitate de a afla despre existența lor este observarea efectelor lor gravitaționale asupra lumii înconjurătoare. E ca și cum ai încerca să descoperi o persoană invizibilă urmărind urmele pașilor ei în nisip.
Misterul materiei întunecate a frământat mințile fizicienilor de zeci de ani, fiind postulată pentru prima dată în anii 1930 de astronomul Fritz Zwicky. El a observat că galaxiile din roiul Coma se mișcau mult prea repede pentru masa vizibilă detectată, sugerând prezența unei mase „lipsă” – invizibilă dar cu efecte gravitaționale puternice.
Întâlnirea cu autodistrugerea
Noile cercetări, conduse de o echipă de oameni de știință sub conducerea lui Shyam Balaji de la King’s College London, sugerează că în centrul galaxiei noastre se întâmplă ceva uimitor. Ei au emis ipoteza că particulele de materie întunecată, concentrate în centrul Căii Lactee, s-ar putea anihila — distrugându-se complet unele pe altele atunci când se ciocnesc.
Cum se spune, „dușmanul dușmanului meu este prietenul meu”, dar în cazul materiei întunecate, se pare că ea însăși este cel mai mare dușman al său. Când două particule de materie întunecată se întâlnesc, ele se anihilează reciproc, ca și cum materia ar întâlni antimateria. Și această autodistrugere lasă în urmă urme pe care, în sfârșit, le putem detecta.
Acest proces poate fi comparat cu o versiune cosmică a jocului „piatră-foarfecă-hârtie”, unde figurile identice se anihilează reciproc. Doar că în acest caz, în loc să dispară pur și simplu, ele se transformă în electroni și pozitroni — particule cu sarcină negativă și, respectiv, pozitivă.
Modelul propus de cercetători sugerează că acest proces de anihilare ar putea explica anumite anomalii observate în centrul galaxiei, oferind astfel un indiciu tangibil despre comportamentul materiei întunecate, ceva ce astrofizicienii au căutat de decenii.
Reîncărcarea cosmică
Centrul galaxiei noastre nu este un loc liniștit și calm. Este o metropolă cosmică unde stelele, gazele și praful se înghesuie într-un spațiu limitat. Și, conform noii teorii, aici are loc cea mai intensă autodistrugere a materiei întunecate.
Când particulele de materie întunecată se anihilează, electronii și pozitronii rezultați încep să ionizeze gazul din spațiul înconjurător. În termeni simpli, ei privează atomii de electronii lor, transformând atomii neutri în ioni încărcați. Este ca o versiune cosmică a procesului de încărcare a unei baterii, doar că în loc de baterie, se încarcă gazul interstelar.
Ca rezultat, în centrul Căii Lactee se formează o zonă, cunoscută oamenilor de știință drept Zona Moleculară Centrală (ZMC), unde se observă un nivel surprinzător de ridicat de ionizare a gazului. Până acum, oamenii de știință nu au putut explica pe deplin acest fenomen, dar noua ipoteză oferă o soluție elegantă: materia întunecată literalmente strălucește, distrugându-se pe sine.
Observațiile astronomice au confirmat că nivelul de ionizare din ZMC este anormal de ridicat. Alte surse potențiale, cum ar fi radiația de la stelele apropiate sau activitatea găurii negre supermasive din centrul galaxiei, nu par să explice complet acest fenomen. Aici intervine teoria anihilării materiei întunecate, oferind o posibilă explicație pentru această enigmă cosmică.
Nu e ca toți ceilalți
În lumea fizicii există mai mulți candidați pentru rolul materiei întunecate. E ca într-un roman polițist, unde detectivul are mai mulți suspecți. Printre aceștia se numără axionii, WIMP (particule masive care interacționează slab) și MACHO (obiecte halo compacte masive). Fiecare dintre ei are caracteristici și particularități proprii.
Dar noul candidat, propus de cercetători, se deosebește de toți ceilalți. Este mai ușor decât protonul (o particulă din nucleul atomic) și capabil de autodistrugere cu formarea perechilor electron-pozitron. E ca și cum printre lista de suspecți ar apărea brusc un personaj nou cu un stil complet unic.
Oamenii de știință au descoperit că teoriile existente nu pot explica nivelul neobișnuit de ridicat de ionizare din ZMC. Razele cosmice, care sunt de obicei considerate vinovate pentru ionizare, nu pot produce efectul observat. În plus, dacă razele cosmice ar fi cauza, am observa radiații gamma asociate, care însă nu sunt vizibile.
În același timp, modelul cu materia întunecată care se anihilează se potrivește perfect cu observațiile. După cum spune Balaji: „Numerele se potrivesc mult mai bine decât ne așteptam. Adesea, explicațiile cu materia întunecată se confruntă cu probleme pentru că prezic semnale care ar fi trebuit deja să fie observate de telescoape. Dar în acest caz, rata de ionizare produsă de materia întunecată sub-GeV se încadrează perfect în limitele cunoscute.”
Chimia părții întunecate
Până acum, oamenii de știință au căutat materia întunecată în principal prin efectele ei gravitaționale asupra materiei obișnuite. E ca și cum ai încerca să înțelegi caracterul unei persoane observându-i doar umbra. Dar noua cercetare propune o abordare complet nouă: studierea materiei întunecate prin efectele ei chimice asupra cosmosului.
„Este posibil să fi trecut cu vederea efectele ei chimice subtile asupra cosmosului”, spune Balaji. Această frază poate să nu sune la fel de dramatic ca anunțarea unei noi particule într-un accelerator, dar de fapt este o propunere revoluționară. E ca și cum am fi căutat toată viața un infractor după amprentele digitale, iar apoi am realiza brusc că acesta lasă și un miros caracteristic ce poate fi detectat.
Dacă această teorie este corectă, ea deschide o modalitate complet nouă de studiere a materiei întunecate — nu doar prin gravitația sa, ci și prin modul în care modelează însăși țesătura galaxiei noastre. Este ca descoperirea unui nou simț în plus față de cele existente.
Această abordare inovatoare ar putea oferi fizicienilor noi instrumente pentru a studia una dintre cele mai persistente enigme ale cosmologiei moderne. În loc să caute direct particule de materie întunecată, putem studia efectele lor chimice asupra mediului galactic, oferind astfel o fereastră indirectă, dar revelatoare, în natura acestei substanțe misterioase.
Ce urmează?
Desigur, acesta este doar începutul unui drum lung. Noul candidat pentru rolul materiei întunecate este încă tânăr din punct de vedere teoretic — nici măcar nu are un nume sonor ca WIMP sau MACHO. Spre comparație, axionii există în fizica teoretică din 1978, când au fost propuși pentru prima dată de Frank Wilczek și Steven Weinberg.
Pentru confirmarea acestei ipoteze, oamenii de știință vor avea nevoie de măsurători mai precise ale ionizării în ZMC. Dacă vor reuși să cartografieze mai precis ionizarea, vor putea vedea dacă aceasta corespunde distribuției așteptate a materiei întunecate. Și dacă reușesc să excludă alte surse potențiale de ionizare, ipoteza materiei întunecate va deveni mai convingătoare.
Noi date ar putea proveni de la viitorul telescop gamma NASA COSI (Spectrometrul și Imaginatorul Compton), a cărui lansare este planificată pentru 2027. COSI ar trebui să furnizeze date mai bune despre procesele astrofizice la scala MeV (1 milion de electroni-volți), ceea ce va ajuta la confirmarea sau infirmarea acestei explicații a materiei întunecate.
În plus, cercetătorii speră să utilizeze alte observații astronomice pentru a testa această teorie. De exemplu, detectarea modelelor specifice de radiație care ar rezulta din anihilarea materiei întunecate ar putea oferi dovezi suplimentare pentru ipoteza lor. Aceste observații ar putea veni de la telescoape existente sau de la viitoarele misiuni spațiale dedicate studierii radiației cosmice.
O nouă eră în înțelegerea cosmosului
Materia întunecată rămâne una dintre cele mai mari enigme din fizică, iar această lucrare arată că este posibil să fi trecut cu vederea efectele ei chimice subtile asupra cosmosului. Dacă această teorie se confirmă, ea ar putea deschide o modalitate complet nouă de studiere a materiei întunecate — nu doar prin gravitația sa, ci și prin modul în care modelează însăși țesătura galaxiei noastre.
Ne aflăm la pragul unei noi ere în înțelegerea Universului. Materia întunecată, care mult timp a părut inaccesibilă și de neînțeles, începe posibil să își dezvăluie secretele. Și acest lucru nu se întâmplă datorită acceleratoarelor gigantice de particule sau detectoarelor ultra-sensibile, ci datorită observării atente a proceselor chimice din centrul propriei noastre galaxii.
Cum se întâmplă adesea în știință, răspunsurile la cele mai complexe întrebări se pot afla chiar sub nasul nostru. Trebuie doar să știm unde să privim și ce să căutăm. Și, se pare că, în sfârșit, începem să înțelegem acest lucru. Poate că misterul materiei întunecate, acest introvertit cosmic, va fi curând dezvăluit, și vom putea înțelege mai bine din ce este format cu adevărat Universul nostru.
În cele din urmă, cum spun adesea astrofizicienii, suntem toți praf de stele. Dar, poate, materia întunecată este încă o componentă importantă a originii noastre cosmice, despre care abia începem să aflăm. Și această descoperire ar putea schimba nu doar înțelegerea noastră despre Univers, ci și locul nostru în el.
Vă invităm să împărtășiți acest articol cu prietenii pasionați de astronomie și să comentați cu propriile gânduri despre această descoperire fascinantă. Sunteți curioși despre alte misterele ale Universului? Spuneți-ne în secțiunea de comentarii!
Sursa imaginii: Unsplash
Etichete: materie întunecată, Calea Lactee, anihilare, particule, astrofizică, univers, cosmologie
