Ciemna materia to hipotetyczna forma materii, która nie emituje ani nie odbija promieniowania elektromagnetycznego. Oznacza to, że jest całkowicie niewidoczna dla teleskopów działających w każdym zakresie fal, od radiowych po promieniowanie gamma. Mimo to posiada masę i oddziałuje grawitacyjnie, co pozwala wykrywać jej obecność pośrednio. Najważniejszą cechą ciemnej materii jest to, że nie tworzy ona gwiazd, planet ani obłoków gazu w znany sposób. Nie wiemy, z czego się składa, ale jej wpływ jest widoczny w skali galaktyk i całych gromad galaktyk.
Pierwsze przesłanki dotyczące istnienia ciemnej materii pojawiły się w latach trzydziestych XX wieku. Fritz Zwicky badał ruch galaktyk w gromadach i zauważył, że poruszają się one zbyt szybko, aby mogły pozostać związane grawitacyjnie przy ilości widzialnej materii. Wniosek był jednoznaczny. Musi istnieć dodatkowa, niewidzialna masa. Kilka dekad później Vera Rubin przeprowadziła dokładniejsze pomiary rotacji galaktyk spiralnych. Zgodnie z klasyczną fizyką Newtona prędkość gwiazd powinna spadać wraz z odległością od centrum galaktyki. Tymczasem okazało się, że pozostaje ona niemal stała, co oznaczało obecność dodatkowej masy, której nie można zobaczyć.
W dziale Nauka warto też zajrzeć do materiału Dlaczego w kosmosie jest próżnia i co to naprawdę znaczy? Fizyczna natura „pustki” Wszechświata Kiedy patrzymy w nocne niebo, kosmos intuicyjnie wydaje się ogromną….
Według obecnego modelu kosmologicznego ΛCDM Wszechświat składa się w około 5 procentach z zwykłej materii, w około 27 procentach z ciemnej materii i w około 68 procentach z ciemnej energii. Oznacza to, że to, co możemy bezpośrednio obserwować, stanowi jedynie niewielką część całej struktury kosmosu. Jednym z najważniejszych dowodów na istnienie ciemnej materii jest soczewkowanie grawitacyjne. Światło odległych galaktyk ulega zakrzywieniu pod wpływem masy znajdującej się pomiędzy źródłem a obserwatorem. W wielu przypadkach efekt ten jest znacznie silniejszy, niż można by wyjaśnić widzialną materią.
Jeszcze silniejszym dowodem jest tzw. Bullet Cluster, czyli zderzenie dwóch gromad galaktyk. W trakcie kolizji gorący gaz został spowolniony i zatrzymany, natomiast rozkład masy grawitacyjnej przesunął się dalej. To wskazuje, że większość masy w tym układzie nie oddziałuje elektromagnetycznie.
Do dziś nie udało się bezpośrednio wykryć cząstek ciemnej materii. Najbardziej popularne hipotezy zakładają istnienie WIMPów, aksjonów lub sterylnych neutrin. Są to cząstki, które oddziałują bardzo słabo ze zwykłą materią, przez co ich detekcja jest niezwykle trudna. Poszukiwania prowadzone są w specjalnych eksperymentach, takich jak LUX-ZEPLIN, XENONnT oraz AMS-02 na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Detektory te są umieszczane głęboko pod ziemią lub w przestrzeni kosmicznej, aby zminimalizować zakłócenia z innych źródeł promieniowania. Istnieją również alternatywne teorie, takie jak MOND, które próbują wyjaśnić obserwacje bez potrzeby wprowadzania ciemnej materii. Zakładają one modyfikację praw grawitacji na dużych skalach, jednak nie tłumaczą wszystkich obserwowanych zjawisk, szczególnie w przypadku zderzeń gromad galaktyk. Znaczenie ciemnej materii jest fundamentalne dla zrozumienia struktury Wszechświata. Bez niej galaktyki nie byłyby stabilne, a obecny układ kosmosu nie mógłby się uformować. Oznacza to, że większość struktury Wszechświata zależy od składnika, którego nie możemy bezpośrednio zobaczyć. Przyszłe misje kosmiczne i eksperymenty naziemne mają zwiększyć szanse na bezpośrednie wykrycie ciemnej materii. Projekt Euclid oraz kolejne generacje detektorów mogą dostarczyć przełomowych danych w najbliższych latach. Istnieje możliwość, że jedno z największych pytań fizyki zostanie rozwiązane jeszcze w tej dekadzie.
Z tego samego działu (Nauka) polecamy lekturę Wszechświat nadal się nie zgadza. Najnowsze pomiary tylko pogłębiają jedną z największych zagadek kosmologii Międzynarodowy zespół astronomów doprecyzował wartość tempa….
