„Nuojauta sako, kad 80 procentų jos sudaro vienas dalykas, dar 20 procentų – kažkas kito“, – sakė Vašingtono universiteto (JAV) fizikas Gray'us Rybka. Kodėl jis taip mano? Todėl, kad tai jau nebe visai mokslas. Tai yra tarsi fizikų liaudies išminties, rašo wired.com.
Mokslininkai, žiūrėdami per teleskopus, rado begalę įrodymų, kad egzistuoja tamsioji medžiaga. Jie pastebėjo, kad galaktikos sukasi greičiau, nei galėtų suktis vertinant vien jų regimąją masę. Tiksliai žinomos gravitacijos lygtys rodo, kad visos šios galaktikos, jeigu jau sukasi tokiu greičiu, turėtų išsitaškyti tarsi plakikliu maišoma skysta tešla. Todėl įsivyravo idėja, kad galaktikas santykinai kompaktiškuose dariniuose laiko kažkokia nematoma medžiaga – tamsioji energija, kurianti gravitacinį poveikį. Stebėjimų duomenys rodo, kad tamsioji medžiaga yra kažkokia vientisai pasklidusi medžiaga – „panašiai, kaip neapdorota medvilnė“, – sako R.Maruyama, vadovaujanti tamsiosios medžiagos paieškos projektui „Cosine-100“.
Žemėje įrodymų kur kas mažiau. Žinant galaktikų sukimosi greitį daroma išvada, kad tamsioji materija turėtų sudaryti 85 proc. visos Visatos materijos, kurioje mūsų namų planeta yra labai jau menkos santykinės reikšmės dulkelė. Visoje mūsų planetoje yra tik vienas projektas – Italijoje vykdomas DAMA – kuris yra užregistravęs įtikinamų įrodymų, kad tamsiosios materijos esama ir Žemėje. „Kažkiek įtartinų rezultatų buvo pateikęs ir kitas eksperimentas, tačiau DAMA yra vienintelis, kurio rezultatai yra tvirti“, – sakė italų projekte nedalyvaujanti R.Maruyama. Jau du dešimtmečius iš eilės DAMA nuolat fiksuoja signalą, rodantį, kad Žemę pasiekia tamsioji materija. Šis signalas rodo, kad šios materijos kiekis yra priklausomas nuo Žemės vietos orbitoje: jis išauga birželį ir nukrenta gruodį. Toks rezultatas atitinka teorines prognozes.
Tačiau, nepaisant daugybės mokslinių projektų ir milžiniškų tyrimams skiriamų lėšų, daugiau jokių perspektyvių rezultatų mokslininkai pateikti negali. Šiemet net kelis tamsiosios medžiagos paieškos projektus vykdantys mokslininkai paskelbė, kad nieko nerado. Projekto XENONIT vykdytojai, dirbantys iš tos pačios laboratorijos, kaip ir DAMA mokslininkai, apie savo nesėkmingas paieškas paskelbė gegužę. Kinijoje vykdomo eksperimento „Panda-X“ vykdytojai apie savo nesėkmę paskelbė liepą. Gruodį R.Maruyama vadovaujamo projekto – Pietų Korėjoje pastatytos tikslios DAMA kopijos, kurioje jutiklį sudaro apie 90 kg natrio jodido – mokslininkai paskelbė, kad Italijos mokslininkų rezultatų atkartoti jiems nepavyko.
Visi šie eksperimentai ieškojo vieno konkretaus kandidato į „tamsiosios medžiagos“ titulą: teorinės dalelių klasės, vadinamos Silpnai sąveikaujančiomis masyviomis dalelėmis (WIMP – Weakly Interacting Massive Particles). Teoriškai tai turėtų būti apie milijoną kartų už elektronus sunkesnės dalelės. Jau daugelį metų WIMP yra dominuojantys tamsiosios medžiagos paieškų objektai. Kalifornijos universiteto astrofizikui Migueliui Zumalacárregui tai įgriso – jau nuo jo doktorantūros laikų, beveik visą dešimtmetį, WIMP'ai yra „perspektyviausios tamsiosios materijos dalelės“. Tarsi „amžinai perspektyvūs“ krepšinio žaidėjai. „Bet mokslininkai vis baigia savo darbą tuščiomis rankomis“, – sakė šiomis dalelėmis nusivylęs fizikas.
Ir jis – ne vienas toks. „Tam tikra prasme aš nuo WIMP'ų pavargau jau labai seniai“, – sakė G.Rybka. Jis priklauso vadovams eksperimento, kuriuo ieškoma kitokio tamsiosios medžiagos kandidato: elegantiškos dalelės, vadinamos aksionu, kuris, teoriškai, turėtų būti apie milijardą kartų lengvesnis už elektroną (ir, atitinkamai, milijoną milijardų kartų lengvesnis už WIMP'us). Balandį mokslininkai, vykstantys „Axion Dark Matter Experiment“ eksperimentą, paskelbė, kad galų gale savo jutiklį sukalibravo taip, kad jis turėtų būti pakankamai jautrus užfiksuoti aksionus.
Šis jutiklis, anot G.Rybkos, veikia panašiai, kaip radijo imtuvas: stiprus šio jutiklio viduje esantis magnetas į jutiklį pataikančius aksionus konvertuotų į radijo bangas, kurias galima būtų užfiksuoti. „Kadangi nežinome tikslios aksiono masės, mes nežinome, kokiam dažniui priderinti jutiklį. Bet, tikiuosi, ateis diena, kai pasirinksime reikiamą dažnį ir išgirsime tą gryną toną“, – sakė G.Rybka.
Jis yra labiau linkęs ieškoti ne WIMP'ų, o aksionų dar ir dėl to, kad jie leistų išspręsti ir kitą seniai fizikus kamuojantį klausimą: kaip tiksliai kvarkai susijungia tarpusavyje ir sudaro atomų branduolius. „Atrodo pernelyg gerai, kad tai būtų tik sutapimas, bet įmanoma, kad ši atominės fizikos teorija gali sudaryti kaip tik reikiamą tamsiosios materijos kiekį“, – sakė G.Rybka.
Kol jis su kolegomis bandė surasti bent kokius nors žemiškus aksionų egzistavimo įrodymus, astrofizikai danguje toliau žvalgėsi naujųgalimybių. Ir štai šių metų spalį M.Zumalacárregui su kolegomis atmetė seną idėją, kad tamsioji medžiaga daugiausiai yra sudaryta iš juodųjų skylių. Tokią išvadą jie padarė išanalizavę per du dešimtmečius surinktą supernovų stebėjimo medžiagą. Kai supernova įvyksta už juodosios skylės žvelgiant iš mūsų buvimo taško, dėl juodosios skylės gravitacijos supernovos šviesa iškreipiama ir atrodo sustiprinama. Kuo ryškesnė šviesa, tuo masyvesnė juodoji skylė. Taigi, lygindami šimtų supernovų ryškumą mokslininkai apskaičiavo, kad susumavus visas juodąsias skyles, kurių minimali masė būtų 100 kartų mažesnė nei Saulės, jos visos kartu galėtų sudaryti iki 40 proc. visos tamsiosios materijos masės, bet jokiu būdu ne daugiau.
„Pasiekėme tašką, kur palūžta ir pačios geriausios mūsų teorijos. Akivaizdu, kad mums reikia kokios nors naujos idėjos. Kažko apie Visatos veikimo principus nesuprantame“, – sakė Oksfordo universiteto (JK) astrofizikas Jamie Farnesas.
J.Farnesas tą tuštumą kaip tik ir nori užpildyti. Gruodžio mėnesį jis publikavo savo mokslinį darbą, kuriuo iškėlė hipotezę, kad tamsioji medžiaga galėtų būti kažkoks keistas skystis, kuris artinasi prie jūsų kai norite jį nustumti. Jis sukūrė supaprastintą modeliavimą Visatos, kurioje yra tokio skysčio ir nustatė, kad jis galėtų paaiškinti ne tik dėl to galaktikos sukasi ir neišsitaško, bet ir dėl ko Visata, atrodytų plečias – tai yra antra iš didžiųjų astrofizikos mįslių, kuriai paaiškinti laikinai pasitelkta už tamsiąją medžiagą ne ką paslaptingesnė tamsiosios energijos koncepcija. Mokslininkas labai atsargiai nurodo, jog jo idėjos kol kas yra tik pasvarstymų lygmens ir vis dar nėra aišku, ar jos yra suderinamos su ligšioliniais kosmoso stebėjimais bei tamsiosios materijos eksperimentais.
Kita vertus, nors mokslininkai vis labiau pasirengę ieškoti tamsiosios materijos alternatyvių paaiškinimų, WIMP'ai vis dar gali būti tas teisingasis atsakymas. R.Maruyama'os eksperimentas, atliktas Pietų Korėjoje, leido atmesti tik „standartinį, kanoninį WIMP'ų variantą, apie kurį kalba dauguma žmonių“, – sakė mokslininkė. Bet liko dar gana daug mažiau žinomų, ne tokių „populiarių“ WIMP'ų giminaičių.
Svarbu prisiminti, kad fizikams atradus naują mėgiamiausią teoriją – kad ir kaip daug naujų idėjų ji suteiktų į stagnaciją įpuolusiai mokslo sričiai – būtina, kad turimi duomenys tai teorijai neprieštarautų. „Visatai visai nerūpi, kad teorija būtų elegantiška ar nuostabi. Nerūpi, ar teorija yra madinga. Vyručiai, Visata gali būti siaubingai nyki“, – tvirtina J.Farnesas.
