Każda osoba choćby pobieżnie zainteresowana badaniami kosmosu słyszała pojęcie ciemnej materii. Jest ono dość niefortunne i dla wielu mylące. Określenie “ciemna” mogłoby sugerować, że mamy do czynienia z jakąś substancją, która pochłania światło. Z czymś jak czarna dziura, tylko trochę bardziej rozmytym. Jednak ciemna materia nie jest dosłownie ciemna, ani czarna, lecz przezroczysta. Nie absorbuje światła, tylko je ignoruje.
Dokładnie na tym polega cały kłopot. Wielu astrofizyków uważa, że gwiazdy, mgławice, pulsary, planety – wszystko to, na co możemy sobie popatrzeć przez teleskopy – to tylko część treści wszechświata. I to ta mniejsza część. Zdecydowana większość, jakieś 80% masy galaktyk, nie świeci, nie miga, nie błyska i w ogóle nie pozuje do zdjęć.
Skoro tej materii nigdzie nie widzimy, to skąd w ogóle pomysł, że ona gdzieś tam jest?
Chciałbym szybko przejść do tytułowego pytania, więc streszczę tę historię do minimum.
Powinno być tak:

A jest tak:

Problem zauważyła w latach 70. ubiegłego stulecia Vera Rubin. Analizując ruch wirowy galaktyk, młoda astronomka spodziewała się, że zaobserwuje coś zbliżonego do zachowania planet w Układzie Słonecznym: im bliżej środka, tym szybszy ruch obiegowy obiektów; w miarę oddalania od źródła przyciągania, prędkość spada. Jednak w przypadku galaktyk ta krzywa rotacji układała się zdecydowanie zbyt płasko. Gwiazdy z galaktycznych rubieży, złośliwie nie chciały zwalniać.

W grę wchodzą dwie możliwości. Albo grawitacja w skali galaktycznej zmienia diametralnie reguły gry (i są tacy, którzy w to poszli), albo gwiazdy pozostają zawieszone na niewidzialnym rusztowaniu, trzymane w ryzach przez ogromne ilości nieznanej formy materii. Naprawdę ogromne. Jak wykazały symulacje, galaktyki musiałyby zawierać aż pięciokrotnie więcej masy, zwłaszcza na obrzeżach, żeby działały tak, jak rzeczywiście działają.

Może brakująca masa to po prostu inne ciała niebieskie, które przeoczyliśmy, bo nie świecą tak jasno jak gwiazdy?
To całkiem rozsądne wyjaśnienie. Wszechświat rzeczywiście jest pełen obiektów, które prawie lub w ogóle nie świecą i z dużych odległości pozostają kompletnie niewidoczne dla naszych teleskopów. Dobry przykład stanowią brązowe karły: gwiezdne niewypały, za małe żeby podtrzymać w swoim wnętrzu procesy termojądrowe, ale większe od planet. Albo czarne dziury, które z definicji nie zdradzają swojej obecności, chyba że akurat przyłapiemy je podczas pory obiadowej lub grawitacyjnego tańca z czymś jaśniejszym.
Takie stosunkowo masywne obiekty lubiące anonimowość, astrofizycy określają akronimem MACHO (Massive Astrophysical Compact Halo Object). Jednak zwolenników tej hipotezy obecnie jest raczej niewielu. Jeżeli Droga Mleczna zawiera 200–400 miliardów gwiazd, to liczba brązowych karłów musiałaby iść w grube dziesiątki, może setki bilionów w samej naszej galaktyce. Byłyby dosłownie wszędzie. Przy takiej powszechności, mimo wszystko, trafialibyśmy na ślady ich obecności o wiele częściej niż ma to miejsce obecnie.
Dlatego naukowcy zakładają, że niewidzialny balast galaktyk ma zupełnie inną postać. Obłoków substancji złożonej z nieznanego rodzaju cząstek, które posiadają masę, ale mają w nosie wszelkie formy promieniowania elektromagnetycznego.
Ej, przecież znamy takie cząstki. Sam o nich pisałeś: to neutrina!
Neutrina wydają się odpowiedzią niemal idealną. Mają masę (niewielką, ale jednak), są neutralne elektrycznie oraz potrafią przefrunąć przez całą planetę nie pozostawiając po sobie śladu. No i jest ich mrowie. W tej sekundzie przez twoje ciało przeleciał jakiś biliard neutrin pochodzących ze Słońca i jądra Ziemi. Ba, parę milionów sztuk emitujesz osobiście.
Ale i tu jest kłopot. Chociaż detekcja neutrin idzie nam topornie, to jednak jesteśmy już w stanie oszacować, ile tych szkrabów przypada na każdy centymetr sześcienny galaktyki. I przy tej gęstości neutrina wydają się zdecydowanie zbyt lekkie, żeby mogły tłumaczyć obserwowaną anomalię. Poza tym neutrina są diabelnie szybkie, tylko minimalnie wolniejsze od fotonów. Gdyby ciemna materia składała się z tak rozbieganych cząstek (model tzw. gorącej ciemnej materii), prawdopodobnie wcale nie pomogłaby ona w uformowaniu galaktyk w znanym nam kształcie.
Biorąc to wszystko w rachubę, potrzebujemy innej cząstki. Równie aspołecznej jak neutrino, niereagującej elektromagnetycznie, nie formującej atomów, ale spokojnej i bardzo masywnej. Takiej, która nadawałaby się na budulec zimnej ciemnej materii.

Niestety, chociaż menu odkrytych cząstek – nazywane przez fizyków modelem standardowym – zawiera sporo cudacznych dań, akurat nie oferuje niczego o takiej charakterystyce. Tę nieznaną, w tym momencie całkowicie hipotetyczną grupę cząstek, określamy ogólnie jako WIMP (Weakly Interacting Massive Particles).
Nie wiem, kto dokładnie był autorem tego skrótowca, ale trzeba przyznać, że miał poczucie humoru. Słowo “wimp” można przetłumaczyć jako mięczak / wymoczek / suchoklates, co zabawnie kontrastuje z koncepcją MACHO.

Nie można sobie ot tak wymyślić całej gromady cząstek rządzących wszechświatem!
Doceniam sceptycyzm, ale można też spojrzeć na sprawę z innej strony. Prawdopodobnie żaden współczesny fizyk – nawet najzagorzalszy krytyk WIMP-ów – nie posunąłby się do stwierdzenia, że poznaliśmy już wszystkie cegiełki budujące materię. Model standardowy nie jest konstrukcją ukończoną i powszechnie uważa się, że w końcu musi ulec rozszerzeniu.
Jednym z możliwych kierunków tej ewolucji jest supersymetria (SUSY).
Pamiętasz może tekst wyjaśniający Czym jest model standardowy? Podzieliliśmy sobie w nim znane cząstki elementarne na dwie fundamentalne rodziny: fermiony zdolne do budowania materii oraz bozony, zwykle pełniące rolę nośników oddziaływań. Supersymetryści uważają, że rzeczywistość miałaby dużo więcej sensu i elegancji, gdyby wszystkie fermiony dostały swoje odbicia po stronie bozonów, a każdy bozon znalazł sobie odpowiednika po stronie fermionów.

Obok fotonów, gluonów, bozonów W i Z czy bozonów Higgsa, istniałyby fotina, gluina, zina, wina i higsina. I odwrotnie, superpartnerami dla elektronów, neutrin i kwarków byłyby selektrony, sneutrina oraz… skwarki. Nie powiesz, że skwark powabny nie brzmi uroczo?
DLA DOCIEKLIWYCH #1 Od strony formalnej fermiony i bozony różnią się momentem pędu oraz stosunkiem do zakazu Pauliego. Te pierwsze mają spin opisywany ułamkiem i nie mogą przebywać w tym samym czasie w dokładnie tym samym stanie kwantowym. Bozony mają spin całkowity (0, 1, 2) i nie podlegają takiemu ograniczeniu. W supersymetrii wszystko wywracamy: każda cząstka dostaje hipotetycznego kuzyna o spinie przesuniętym o połówkę. Jeśli więc klasyczny elektron posiada spin 1/2, to selektron musi mieć spin 0. Z kolei fotonowi ze spinem 1, powinno odpowiadać fotino o spinie 1/2.
Kiedy więc jedni badacze zgłosili zapotrzebowanie na ogromną liczbę tajemniczych cząstek wypełniających kosmos, inni zaproponowali rozmnożenie modelu standardowego. Chociaż idea supersymetrii oraz problem rotacji galaktyk, objawiły się kompletnie niezależnie od siebie, astrofizycy i teoretycy zdecydowanie mają o czym dyskutować przy kawie.

Jest jeszcze druga poszlaka wskazująca na potrzebę istnienia WIMP-ów. Bardziej kosmologiczna. Otóż jeśli policzysz, ile słabo oddziałujących cząstek o dużej masie powinno było przetrwać od czasów wielkiego wybuchu do dziś, wyjdzie ci wartość, która leży podejrzanie blisko postulowanej gęstości ciemnej materii.
Pomyśl przez chwilę o wczesnym wszechświecie. W ekstremalnej temperaturze dochodzi do spontanicznej kreacji cząstek i antycząstek, wzajemnych anihilacji, powtórnych kreacji, kolejnych anihilacji i tak dalej. Energia zamienia się w masę i na odwrót w szalonym tempie. Jednak z każdą sekundą przestrzeń rośnie, a temperatura maleje. Kreacja materii wyhamowuje, ale materia jeszcze przez jakiś czas kontynuuje bratobójczą walkę z antymaterią. Jednak i to nie trwa długo.
W miarę dalszej ekspansji wszechświata cząstki stają się na tyle rozproszone, że przestają trafiać na swoje odbicia. W innym wypadku w przestrzeni nie ostałaby się ani jedna cząstka, a ty nie czytałbyś tego tekstu.

Resztka materii, która nie uległa anihilacji i przetrwała pradawną rzeź, z czasem utworzy wszystkie otaczające nas struktury. Właśnie wtedy dochodzi do ustalenia proporcji poszczególnych rodzajów cząstek. Kosmologowie określają ten moment zamrożeniem (freeze-out).
Zgaduję, że wśród ocalałych z tej batalii znalazły się zarówno znane cząstki, jak i cząstki ciemnej materii?
Ogólna idea jest taka, że cząstki lekkie, szybkie i mocno oddziałujące, miały mniejszą szansę na przetrwanie w kipiącej zupie młodego wszechświata, niż cząstki ciężkie, wolniejsze i oddziałujące słabo. No i kiedy fizycy zaczęli wyliczać tempo kreacji i anihilacji dla cząstki o wielkiej masie (ponad sto razy większej od protonu), która nie oddziałuje elektromagnetycznie – otrzymali intrygujący wynik. Do naszych czasów powinno ich przetrwać z grubsza tyle, ile zakłada hipoteza ciemnej materii.
Nie jest to rzecz jasna żaden pełnowartościowy dowód – liczby jak wiadomo bywają złośliwie – ale dał naukowcom do myślenia. Do tego stopnia, że ten matematyczny zbieg okoliczności zyskał miano “cudu WIMP-ów”.
DLA DOCIEKLIWYCH #2 WIMP‑y z definicji muszą być “ciężkie”, ale jak bardzo? Szacunki są mocno zróżnicowane, zależnie od modelu. Zwykle przyjmuje się wartości powyżej 100 GeV (gigaelektronowoltów) – w przeciwnym razie, nasze eksperymenty już dawno ujawniłyby coś interesującego. Najwięksi pesymiści uważają, że masa cząstek ciemnej materii przekracza nawet 1000 GeV, czyli 1 TeV. To ponad tysiąckrotnie więcej niż proton i osiem razy więcej od bozonu Higgsa. Fizycy przezwali tego hipotetycznego potwora WIMPzillą.
No to mamy wskazówki. Ale kiedy naukowcy złapią ciemną materię za rękę?
Są tacy, którzy uważają, że już złapaliśmy. Tomonori Totani z Uniwersytetu Tokijskiego wziął pod lupę wieloletnie dane z Kosmicznego Teleskopu Fermiego i przyjrzał się temu, jak okolica naszej galaktyki “świeci” w wysokich energiach. Następnie odsiał zbędny szum tła: znane punktowe źródła gamma, takie jak emisje pochodzące z mgławic, pulsarów, dysków akrecyjnych oraz wielkich struktur w rodzaju tzw. bąbli Fermiego.
Kiedy wszystko to wyrzucił, nadal coś zostało. Ten dodatkowy składnik miał dwie istotne cechy. Po pierwsze, jego rozkład przestrzenny przypomina to, czego oczekiwalibyśmy po ciemnej materii – nie ma wyraźnego źródła, lecz delikatnie otula dysk galaktyki. Po drugie, widmo energii tej rozproszonej emisji można zgrabnie dopasować do matematycznego opisu anihilujących cząstek o masach liczonych w setkach mas protonu. Innymi słowy, jeśli założymy, że WIMP‑y istnieją, czasem się zderzają i znikają w błysku fotonów gamma, to powinny emitować dokładnie taki rodzaj sygnałów. Tak przynajmniej twierdzi Totani.

Czy to przełom? Na razie, wbrew licznym sensacyjnym nagłówkom: nie jest. Dysk galaktyki to najjaśniejszy sektor na niebie, jeśli chodzi o promieniowanie. Siedzą tam gwiazdy neutronowe, obłoki molekularne, pozostałości po supernowych – wszystko błyska i utrudnia robotę. Historia zna kilka przypadków, kiedy nadwyżka fotonów gamma, po paru latach okazywała się efektem źle odfiltrowanego tła albo produktem innego rodzaju źródeł, niż pierwotnie zakładano.
Totani sam zresztą wypowiada się ostrożnie. Wprost przyznaje, że jego wynik jest zgodny z określoną interpretacją, ale wymaga potwierdzenia innymi metodami i w odniesieniu do innych galaktyk. Jeśli to naprawdę WIMP‑y, to podobny ślad powinien zostać wyłapany choćby w małych galaktykach satelitarnych Drogi Mlecznej, które prawie w ogóle nie mają własnych punktowych źródeł promieni gamma.
Jednak nawet, jeżeli tak sygnał wyłapiemy, to nadal nie wyeliminujemy wszystkich wątpliwości. Dowodem koronnym będzie dopiero detekcja konkretnej cząstki.
Jak złapać coś, co nie pozostawia po sobie śladu?
Nie jest tak, że WIMP‑y nie oddziałują wcale. Na pewno nie możemy liczyć na najbliższy elektromagnetyzm oraz zlepiające jądro atomowe oddziaływanie silne. Na placu boju pozostaje jednak grawitacja i przypuszczalnie słabe oddziaływanie jądrowe.

Powracamy do porównania z neutrinami. Jeżeli ciemna materia istnieje, to przez Układ Słoneczny i naszą planetę w każdej sekundzie przelatuje całe morze WIMP-ów. Założenie jest takie, że raz na jakiś czas taka cząstka potrafi uderzyć centralnie w jądro atomowe, zmuszając je do emisji drobnej porcji energii. Strategia polega więc – analogicznie jak w przypadku polowań na neutrina – na budowie pod ziemią dużego zbiornika, wypełnienia go po brzegi czystą substancją i otoczeniu tego układu mnóstwem ultraczułych detektorów.
Są też pewne różnice. Do łapania neutrin wystarczy basen zwykłej, choć ekstremalnie oczyszczonej wody. Podczas kolizji wodoru z neutrinami mogliśmy liczyć na oderwanie mocno rozpędzonych elektronów, wywołujących emisję promieniowania Czerenkowa. Jednak WIMP‑y oddziałują jeszcze słabiej, toteż fizycy musieli poszukać gęstszego medium, wyposażonego w cięższe atomy. Mówiąc metaforycznie: potrzebujemy większych dzwonów, które w razie uderzenia odpowiedzą donośniejszym dźwiękiem.

Najbardziej obiecujące współczesne sidła na ciemną materię wykorzystują skroplone gazy szlachetne: argon (ZEPLIN, DarkSide, ArDM) oraz ksenon (XENONnT, LUX-ZEPLIN, PandaX-4T). Trudność techniczna polega na tym, że w odróżnieniu od wody, argon i ksenon trudniej zgromadzić, oczyścić, a samą substancję należy utrzymywać w niskich temperaturach. Dlatego w czasie, gdy Japończycy kopią dla Hyper‑Kamiokande podziemny basen mający mieścić 260 tysięcy ton wody, dla łowców ciemnej materii każda tona substancji czynnej jest na wagę złota.
Podobno wielkość nie ma znaczenia…
Trochę jednak ma. Bez względu na to, jakiej cząstki szukamy, prawdopodobieństwo sukcesu wzrasta wraz z rozmiarami detektora. Postęp jest widoczny: np. we włoskim Gran Sasso w ciągu zaledwie 20 lat przeskoczono ze śmiesznych 165 kg ksenonu (eksperyment XENON100) do 8,5 tony (XENONnT). Jednak prace nadal przypominają przesiewanie pustyni za pomocą sitka z kuchni.

Kolejnym problemem jest odróżnianie naprawdę wartościowych sygnałów od szumu tła. Detektory są tak wrażliwe, że nawet umieszczone kilometr pod ziemią i otoczone warstwą ołowiu, nadal rejestrują mnóstwo zdarzeń.
W takich warunkach bardzo łatwo o pomyłkę, a jednocześnie niezmiernie trudno o przekonujący dowód. Przykładowo naukowcy obsługujący eksperyment DAMA/Nal już wiele lat temu ogłosili wykrycie sezonowej zwyżki detekcji. Miałaby ona wynikać ze zmiany ułożenia i prędkości Ziemi względem halo Drogi Mlecznej, co oznaczałoby większą ekspozycję na ciemną materię. Brzmiało to pięknie, ale inne działające już wtedy instrumenty, podobnej modulacji nie zauważyły.
Podobnie było z innymi obiecującymi sygnałami rejestrowanymi w ramach projektów CoGeNT, CRESST, a niedawno XENON. Za każdym razem pojawiał się szum, hipotezy, spekulacje i za każdym… wracaliśmy do punktu wyjścia. Bo cóż z tego, że sprzęt po raz kolejny “piknął” kilka razy więcej niż powinien, skoro uzyskana porcja danych jest zbyt mała, żeby cokolwiek rozstrzygnąć?
Najbardziej frustrujące jest to, że ciemna materia może okazać się jeszcze bardziej “przezroczysta” niż zakładamy. W takim scenariuszu starania fizyków byłyby skazane na porażkę od samego początku, nawet jeżeli całe stada WIMP-ów nieustannie przebiegają im tuż przed nosem.
Cóż robić? Na razie pozostaje ulepszać instrumenty, powiększać zbiorniki, podkręcać precyzję i po prostu zbierać dane. Jednak wobec braku rezultatów, w końcu trzeba będzie zadać sobie bardzo niekomfortowe pytanie o granicę naukowego uporu.
A TAK W OGÓLE TO… Skoro cząstki ciemnej materii są masywne i przelatują przez nasze ciała w każdej chwili, to czy mogą zrobić nam krzywdę? No dobra, wiemy, że nie, ale byli tacy, którzy próbowali to policzyć. Według Katherine Freese i Christophera Savage’a liczba zderzeń WIMP-ów z atomami ludzkiego ciała wynosi 100 do 200 tysięcy rocznie. W kontekście cząstek to drobiazg, a na dodatek mówimy o bardzo niskoenergetycznych kolizjach. Wszystkie WIMP‑y z jakimi hipotetycznie spotkamy się przez całe życie, wpłyną na nasze tkanki słabiej niż godzinna ekspozycja na promieniowanie kosmiczne. Czyli praktycznie w ogóle.

Cóż… przypominają mi się próby detekcji fal grawitacyjnych za pomocą cylindrów Webera… trzeba jednak czegoś o kilka rzędów wielkości i większego i dokładniejszego. Tak samo jest z neutrinami — w zasadzie dopiero teraz zaczynamy dysponować na tyle precyzyjnym sprzętem, żeby nie tylko zarejestrować sam fakt, ale jeszcze go z grubsza skorelować z obserwowanym otoczeniem, choć wciąż bliżej temu do detektora światła, niż do matrycy 50 MPx ;-P To samo będzie z ciemną materią… oznacza to jednakże, że nie doczekam.
A skoro już przy “ściemnianiu” jesteśmy, to pozostał jeszcze jeden “mroczny” temat — “ciemny przepływ” 😉
Ale jak to? coraz bardziej przypomina mi kwantowo, chociaż tutaj tematy są obszerniej omawiane. Szacun dla Pana Adama. Może kiedyś wszystko się opłaci.
Co do ciemnej materii i ciemnej energii wydaje mi się że problem jest wyolbrzymiony. Analogia zachowania planet w układzie słonecznym do gwiazd w galaktykach może nie jest odpowiedna. Nawet gdy znajdziemy ta właściwą cząstkę co wtedy? Jeśli nie wiemy jaki proces się dzieję i tak nic z tego.
Widzę, że tu nic się dzieje. Muszę trochę zamącić. Postulat szczególniej teorii względności: we wszystkich układach inercjalnych prawa fizyki są jednakowe — zarówno mechaniki, jak i elektrodynamiki.
Tutaj jednak widzimy że ten postulat jest złamany. Można powiedzieć, że ruch gwiazd w galaktykach jest taki jaki jest, nie jest możliwe zmienić nic. Natomiast ruch planet w układzie słonecznym może jest inny niż nam się wydaje. Gdyby prędkość orbitalna wszystkich planet była taka sama, to wtedy by ruch planet w US był porównywalni ruchem gwiazd w galaktykach. A zatem łamiemy postulat o niezmieniczosci prędkość światła. Dopóki nie mamy obiektywnego obserwatora nie wiemy nic.
A teraz proszę klepać minusami.
Kropla draży skałę, a kolejne nieudane eksperymenty, nawet jeśli nie przyczyniają się wprost do wykrycia ciemnej materii, to jednak dostarczają danych, mogący posłużyć np. do zawężenia parametrów modeli WIMPów. Z każdym takim eksperymentem będzie coraz łatwiej szukać.
Oglądam ostatnio STRANGER THINGS. Nie oglądałem wcześniej.
UpsideDown dała mi do myślenia, że my w sumie możemy obserwować pewne zjawiska, może nam się nie zgadzać coś z przewidywaniem i to jest prawidłowe.
Natomiast pozostanie niedostępne, bo takie staje się dopiero w innym wymiarze.
Wiem, że filmowa hipoteza, ale podsycona ciekawym serialem.
Kolejny świetny tekst. Uwielbiam tu dostać i czytać 🙂
Świetny artykuł, mięsisty jeśli chodzi o zasób wiedzy a jednocześnie lekki w przekazie.
Nawiązując do genezy akronimu WIMP, to zauważyłem, że naukowcy mają bardzo duże i specyficzne poczucie humoru. W biologii molekularnej Pan Edwin Southern opracował metodę poszukiwania i obrazowania pewnych sekwencji DNA (szczegóły nie są w tej historii istotne). Została ona nazwana na jego cześć Southern blot. Kilka lat później odmianę tej metody, ale do poszukiwać sekwencji mRNA opracowała grupa naukowców i nazwała ją Northern blot. Z kolei metoda do poszukiwania określonych sekwencji w białkach została nazwana Western blot. Nazwa Eastern blot pozostaje nadal do wzięcia;)
Albo ja czegoś nie wiem i nie rozumiem (co jest wysoce prawdopodobne) albo z tymi całymi WIMP-ami coś jest na grubo nie w porządku. I to od samego początku. No bo, dobra, rozumiem ruch gwiazd w odległych galaktykach, masa, której nie widać, ale być musi itd… Tylko, ustalmy fakty:
Nie kłócąc się o parę procentów w tą czy w tamtą stronę mówimy o sytuacji gdy na każdy kilogram tego co znamy i rozumiemy przypada 5 (PIĘĆ!!!) kilogramów tego o czym tylko przypuszczamy. To dużo. BARDZO dużo. Na dodatek z charakterystyki tego czegoś wynika, że musi być z grubsza dość rozproszone. No dobrze, są może miejsca większego zagęszczenia, ale nadal przypomina to raczej wielki “obłok gazu” a nie malutką, ale niezwykle ciężką “gwiazdę ciemnomaterialną”. I tu pojawiają się u mnie dwie wątpliwości.
cd…
(musiałem to przenieść do drugiego wpisu bo mi formularz obciął powyżej któregoś tam znaku)
1. Po pierwsze. Dlaczego możemy zaobserwować wpływ ciemnej materii w odległych galaktykach, a nie widzimy tego na naszym malutkim podwórku układu słonecznego? Dlaczego jest gdzieś tam a tu jej nie ma? A jeżeli tu też jest to dlaczego nie widzimy jej efektów? Mówimy przecież o sytuacji dodania do US (układu słonecznego) masy PIĘCIU słońc (masę całej reszty planet i innego gruzu pozwolę sobie pominąć- to i tak kwiatek do kożucha)! Wrzucenia takiej masy na nasze podwórko, nawet jeżeli rozproszymy ją dość równomiernie, nie da się nie zauważyć. Wszystkie parametry US i tworzących go obiektów musiałyby ulec zmianie i to nie o jakiś margines błędu pomiarowego ale o rząd lub nawet rzędy wielkości.
cd…
2. Po drugie. Dlaczego WIMP‑y, choć z grawitacją dogadują się świetnie, nie zbijają się w jakieś tam obiekty? Dlaczego nie zapadają się pod własnym ciężarem? Albo przynajmniej nie gromadzą się we wnątrz masywnych obiektów już istniejących takich jak planety (może za lekkie?) albo gwiazdy (zbyt mało gęste?) no to może gwiazdy neutronowe (nadal za mało?)? Dysponują prędkościami pozwalającymi uciec z wpływu grawidacyjnego gwiazdy neutronowej? To w tym momencie rozmawiamy już o prędkościach relatywistycznych rzędu coś koło 0,7 c i więcej!
Grubo ponad połowa materii barionowej to WHIMy, bańki Lyman-alfa i tym podobne obłoki rozproszonego gazu
Nikt nie mówi że ciemna materia musi być rozprowadzona równomiernie po całej galaktyce, równie dobrze może siedzieć w przestrzeni międzygwiezdnej.
Szukamy jej właśnie po to żeby stwierdzić czym i gdzie jest.
A czy się zbija? Może tak — hipoteza MACHO aczkolwiek jak autor napisał raczej mało prawdopodobna.
A czemu się nie gromadzi wewnątrz masywnych obiektów. Cóż, na początek skąd wiesz że nie? Do wnętrza gwiazdy jeszcze nikt nie zajrzał 🙂 Ale tak poza tym — zapytaj neutrina. Podlegają grawitacji ale do większych mas się nie garną.
“równie dobrze może siedzieć w przestrzeni międzygwiezdnej”
Czyli w naszej galaktyce mamy dodatkową masę pięciu naszych galaktyk, ale jakoś nie widzimy wpływu grawitacyjnego tego dodatkowego balastu na ruch gwiazd? Hmmm… no nie wiem czy to kupię. Jednym z fundamentalnych założeń fizyki jest to, że prawa fizyki są takie same wszędzie w całym wszechświecie. Wszędzie. Jeżeli więc widzimy coś co kazuje nam szukać dodatkowej masy w odległych galaktykach i na tej podstawie hipotetycznie zakładamy istnienie cudów-niewidów, to dlaczego nie widzimy takich samych efektów znacznie bliżej, czyli w naszej galaktyce? No, chyba, że widzimy tylko ja jestem jakiś taki niedouczony.
“na początek skąd wiesz że nie? Do wnętrza gwiazdy jeszcze nikt nie zajrzał”
To, że nie pobraliśmy próbki z wnętrza słońca i nie zbadaliśmy jej w labolatorium nie oznacza, że nie wiemy z czego zbudowane jest słońce i inne gwiazdy (przynajmniej niektóre inne). Tak się składa, że wodór, hel i inne pierwiastki mamy też na Ziemi możemy je przebadać, i nawet to zrobiliśmy dzięki czemu dość dobrze już je poznaliśmy. Na tej podstawie i na podstawie innych badań i obserwacji słońca wyliczyliśmy jaki jest jego skład. I nie, nie ma w nim ciemnej materii. A przynajmniej, jeżeli rzeczywiście tam jest, to w ilościach poniżej naszych obecnych możliwośći pomiarowych, czyli mniej niż ułamek procenta.
No ale dlaczego twierdzisz że nie widzimy? Żeby daleko nie szukać
h**ps://academia.pan.pl/tajemnicza-poswiata-w-centrum-drogi-mlecznej-moze-byc-sladem-ciemnej-materii/
Warto też nadmienić że wartość x5 jest uśrednieniem — nie oznacza to że każda planeta, gwiazda i galaktyka ma dokładnie tyle ciemnej materii i to jeszcze w swojej najbliższej okolicy
Szacuje się że w Drodze Mlecznej jest 200–400mld gwiazdy a w Andromedzie około 1bln ale Droga jest nieco cięższa — bo zawiera więcej ciemnej materii.
Wyliczyliśmy zakładając że słońce składa się z wodoru, helu etc. Nikt nie zakładał że składa się z ciemnej materii bo, skoro nie mamy pojęcia czym ta jest, nie wiemy też jakie zasady fizyczne ją obowiązują. I tak, wiem że prawa fizyki są wszędzie takie same ale nikt nie ma pojęcia czy ciemna materia to cząstki lekkie i masowe czy cięższe i rzadziej występujące — a różniące się tak cząstki będą inaczej reagować na te same prawa fizyki.
“Wyliczyliśmy zakładając że słońce składa się z wodoru, helu etc”
Że co proszę? Zakładając? ZAKŁADAJĄC???
Zakładać to możemy hipotetyczne istnienie ciemnej materii. Składu Słońca nikt nie zakłada. Podobnie jak np. składu atmosfery egzoplanet. Nie byliśmy na żadnej egzoplanecie (ani my osobiście, ani nasze bezzałogowe sondy), nikt nigdy nie pobrał żadnych próbek a mimo to wiemy, a NIE “zakładamy”, jaki jest skład atmosfery (przynajmniej niektórych egzoplanet). Wiemy, bo przebadaliśmy widma absorpcji światła gwiazdy przechodzącego przez jej atmosferę. Dzięki temu z dość dobrym przybliżeniem znamy jej skład (jakościowo i ilościowo) bo przebadaliśmy tu na Ziemi odpowiednie pierwiastki. Więc z całym szacunkiem przestań pisać głupoty, że “zakładamy” skład Słońca.
To ja się może powtórzę.
Byłeś we wnętrzu Słońca? Pobrałeś próbki? Nie odpowiadaj, znam odpowiedź 🙂
A może wiesz jakie byłoby widmo słońca gdyby 4/5 jego masy to była ciemna materia? Tu również nie musisz odpowiadać 🙂
Więc tak. My zakładamy skład Słońca. Zakładamy że nie ma tam czegoś czego nie znamy, czego nie możemy wykryć ale co może wpłynąć na jego widmo promieniowania.
I jest to najpewniej słuszne założenie bo, jak wspomniałeś, eksperymenty to potwierdzają.
Niemniej jednak jest to jedynie odpowiedź na Twoje pytanie “dlaczego ciemna materia nie zbija się grawitacyjnie z ciężkimi obiektami” — i odpowiedź ta brzmi “nie wiemy, może się zbija”.
Krótko mówiąc o ciemnej materii wiemy bardzo niewiele i, w zasadzie, dopóki nie upolujemy jakiejś cząstki to nie możemy nawet mówić z całą pewnością że ona istnieje.
Są też hipotezy alternatywne, zerknij choćby tu:
h**ps://www.kwantowo.pl/2018/12/08/ujemna-masa-alternatywa-dla-ciemnej-kosmologii/
Mam nadzieję że teraz już wszystko jest zrozumiałe.
Ja nie uważam że Słońce to ciemna materia, daleki jestem od tego. Ale póki nie zbadamy jej (ciemnej materii) dokładnie dopóty nie możemy wykluczyć żadnej hipotezy, nawet tych najbardziej absurdalnych (patrzy link wyżej). I dlatego też pozbawione podstaw są pytania postaci “a dlaczego ciemnej materii nie ma tu i tu” bo odpowiedź zawsze będzie brzmieć “a skąd wiesz że nie ma, może jest” 🙂
Odniosę się tylko do tego fragmentu. Poszukiwania ciemnej materii zaczęły się dokładnie od obserwacji ruchu gwiazd, który nie pasował do równań oddziaływania grawitacyjnego. Ctrl+F “Vera Rubin” w tym tekście 🙂