Choć ilość ciemnej materii we Wszechświecie jest pięciokrotnie większa niż ilość materii, którą można zaobserwować, jej natura wciąż pozostaje niejasna, mimo wielu teorii, jakie powstały na ten temat. Zgodnie z jedną z nowszych, masa cząstek tworzących ciemną materię jest tak duża (przy subatomowych rozmiarach), że cząstki te są na granicy zapadnięcia się w czarne dziury.

Artykuł napisał Piotr Bielak

Przy prędkości, z jaką obracają się galaktyki spiralne, ich ramiona powinny zostać wyrzucone w przestrzeń i stracić swój charakterystyczny kształt. Aby wyjaśnić, dlaczego tak się nie dzieje, naukowcy wysunęli hipotezę, że większość masy galaktyk stanowi materia, której nie można zaobserwować bezpośrednio i której przyciąganie grawitacyjne utrzymuje ramiona galaktyk w całości. W XX wieku powstało wiele teorii na temat natury ciemnej materii. Według jednej z najbardziej znanych, składa się ona z bardzo słabo oddziałujących cząstek o masie około 100 razy większej od masy protonu, określanych jako WIMPy (Weakly Interacting Massive Particles, Słabo Oddziałujące Masywne Cząstki).

Fakt, że WIMPy słabo oddziałują z materią oznacza także, że są one trudne do wykrycia i rzeczywiście, jak dotąd, nie mamy żadnych danych, które potwierdzałyby teorię zakładającą ich istnienie. Zgodnie z nowym modelem matematycznym, opracowanym przez naukowców ze Szwajcarii i Danii, ciemną materię mogą tworzyć nie WIMPy, lecz coś bardziej egzotycznego – cząstki oddziałujące ze swoim otoczeniem słabiej niż nawet neutrina i mające masę około 10 trylionów razy większą od masy protonu, czyli rzędu masy Plancka (2,2*10-8 kg).

Masa Plancka jest jednostką masy należącą do tzw. naturalnego układu jednostek, w którym wartości 5 podstawowych stałych fizycznych (prędkość światła c, zredukowana stała Plancka ħ, stała grawitacji G, stała Boltzmanna k i czynnik stały z prawa Coulomba $latex \frac{1}{4 \pi \epsilon_0}$) są równe 1. Jednostki naturalnego układu jednostek są zazwyczaj ekstremalnie małe, lub przeciwnie – bardzo duże w porównaniu do wielkości, z którymi spotykamy się na co dzień. Na przykład długość Plancka to zaledwie 1,6*10-35 m, a czas Plancka – 5,4*10-44 s. Są to odpowiednio: najmniejsza długość i najkrótszy odcinek czasu mające sens fizyczny. Z drugiej strony temperatura Plancka to 1,4*1032 K.

Masa Plancka wydaje się być najbliższa ,,ludzkiej” skali ze wszystkich podstawowych jednostek układu Plancka – mniej więcej taką masę ma przeciętna ludzka komórka. Jednak zgromadzenie takiej masy w tak ekstremalnie małej objętości, jaką ma kula o promieniu 2 długości Plancka, spowodowałoby powstanie czarnej dziury. Innymi słowy, promień Schwarzschilda, czyli promień kuli otoczonej horyzontem zdarzeń, dla masy Plancka jest równy dwóm długościom Plancka.

Naukowcy, którzy stworzyli nową teorię odnośnie natury ciemnej materii, nazwaną PIDM (Planckian Interacting Dark Matter, Planckowska Oddziałująca Ciemna Materia), zwracają uwagę na możliwość jej doświadczalnej weryfikacji. Tuż po Wielkim Wybuchu Wszechświat rozszerzał się w wykładniczym tempie; zjawisko to jest znane jako inflacja kosmologiczna. Inflacja doprowadziła do wygładzenia niejednorodności w pierwotnym Wszechświecie, dzięki czemu obecnie jest on (w dużej skali) jednorodny i izotropowy (wygląda tak samo niezależnie od kierunku). PIDMy powinny były powstać prawdopodobnie pod koniec inflacji kosmologicznej. Ich powstanie, ze względu na stosunkowo dużą masę cząstek, powinno pozostawić ślady w mikrofalowym promieniowaniu tła, stanowiącym pozostałość po wczesnych etapach ewolucji Wszechświata.

Autor

Redakcja AstroNETu

Dodaj komentarz