Misterioasa materie întunecată ar putea fi compusă din mai multe tipuri de particule

Materia întunecată este o substanţă invizibilă care se pare că reprezintă 5/6 din toată materia existentă în Univers. Oamenii de ştiinţă au teoretizat necesitatea existenţei acestei forme de materie în urma observării efectelor sale gravitaţionale asupra mişcării stelelor şi galaxiilor, scrie Agerpres.

Majoritatea fizicienilor consideră că materia întunecată este formată dintr-un nou tip de particule, unul care interacţionează foarte slab, în cel mai bun caz, cu toate forţele cunoscute de ştiinţă, cu excepţia forţei gravitaţionale. Astfel, materia întunecată nu poate să fie aproape niciodată observată direct, iar şi mai rare sunt cazurile în care particule de materie întunecată se ciocnesc între ele.

Această teorie ar putea însă să nu stea în picioare pentru toate tipurile de materie întunecată. De această dată, unii fizicieni susţin că ar putea exista un nou tip de materie întunecată, ce ar putea reprezenta aproximativ 1/5 din întreaga materie întunecată din Univers, fiind astfel potenţial la fel de răspândită ca şi materia ordinară.

„Nu există niciun motiv suficient pentru a presupune că întreaga materie întunecată din Univers este compusă dintr-un singur tip de particule„, susţine unul dintre autorii acestui studiu, Andrey Katz de la Universitatea Harvard.

Aceste noi particule de materie întunecată ar fi reprezentate în principal din „protoni întunecaţi” grei şi din
„electroni întunecaţi” uşori. Aceste particule ar putea interacţiona mult mai frecvent decât alte particule de materie întunecată, formând „atomi întunecaţi” care folosesc „fotoni întunecaţi” pentru a interacţiona în cadrul unui fel de „electromagnetism întunecat”, într-o modalitate similară cu cea în care protonii şi electronii interacţionează prin intermediul fotonilor în cadrul electromagnetismului convenţional pentru a forma atomii care compun materia ordinară. Dacă existenţa atomilor întunecaţi este posibilă, ei pot reacţia unii cu alţii în cadrul unei „chimii întunecate”, similar felului în care atomii ordinari interacţionează în procesele chimice.

„Lumea întunecată ar putea fi la fel de diversă şi de interesantă ca şi lumea vizibilă”, apreciază Katz şi colegii săi în ultimul număr al revistei Physical Review Letters.

Interacţiunile dintre protonii întunecaţi şi electronii întunecaţi îi poate face să piardă energie în timp. Astfel, ei pot decelera suficient pentru a se aduna sub forma unor discuri plate în jurul galaxiilor, la fel cum se întâmplă şi cu materia ordinară. Prin contrast, majoritatea materiei întunecate pare să formeze halouri aproape sferice în jurul galaxiilor, stelelor şi planetelor.

Astfel galaxiile ar avea două discuri, unul format din atomi ordinari şi un altul din atomi întunecaţi, motiv pentru care echipa coordonată de Katz a ales să numească această ipoteză ‘modelul dublului disc de materie întunecată’.

‘Modelul dublului disc de materie întunecată este o interpretare nouă a unui concept care intrigă – şi anume că fizica materiei întunecate poate fi la fel de complicată şi de interesantă ca şi fizica materiei ordinare’, observă fizicianul Sean Carroll de la Institutul Tehnologic din California, care nu a participat la studiu.

Carroll şi colegii săi au sugerat în prealabil ‘posibilitatea existenţei unei forţe întunecate foarte similare electromagnetismului – o forţă cu rază lungă de acţiune cu sarcini pozitive şi negative’. ‘Un astfel de model implică existenţa radiaţiei întunecate, a câmpurilor magnetice întunecate, precum şi o pletoră de alte fenomene interesante. Dar noi nu dispuneam decât de un singur tip de particulă de materie întunecată în modelul nostru, iar pentru a pătrunde în lumea atomilor întunecaţi şi a chimiei întunecate avem nevoie de mai multe tipuri de particule. Aceasta este direcţia în care ne îndreaptă acest nou studiu’, a conchis el.

Efectele gravitaţionale ale discurilor de atomi întunecaţi asupra stelelor şi galaxiilor ar putea fi detectate în viitorul apropiat prin intermediul observatorului spaţial Gaia aparţinând Agenţiei Spaţiale Europene (ESA) – ce va fi lansat în spaţiu în luna octombrie pentru a cartografia mişcarea a aproximativ 1 miliard de stele din Calea Lactee.

‘Astfel am putea detecta în premieră acest disc întunecat’, susţine Katz.

Mai mult decât atât, cum această nouă formă de materie întunecată ar trebui să fie mult mai lentă, în medie, decât materia întunecată obişnuită, ar putea să fie mai susceptibilă ‘să fie capturată de Pământ, de Soare sau de alte obiecte spaţiale grele’, susţine Katz. ‘Distrugerea acestei materii întunecate capturate de Soare poate avea ca rezultat eliberarea unor fluxuri de neutrini ce pot fi măsurate direct de către IceCube Neutrino Observatory de la Polul Sud’, a mai adăugat el.

În plus, conform oamenilor de ştiinţă, în cazul în care există, electronii întunecaţi şi protonii întunecaţi ar putea avea şi corespondenţi în antimaterie – antielectroni întunecaţi şi antiprotoni întunecaţi. Atunci când aceste particule intră în coliziune cu particulele de materie întunecată corespondente ar trebui să se producă descărcări de raze gamma – cea mai energetică formă de lumină ce ar trebui să poată fi observată de telescoape. Şi mai mult, atomii întunecaţi ar putea forma de asemenea şi nori de plasmă întunecată, nori care ar fi putut influenţa evoluţia Universului tânăr şi astfel ar avea efecte vizibile asupra unor structuri cosmice la scară mare ce există în prezent.

‘Teoriile privind materia întunecată oferă un minunat teren de explorare pentru fizicienii aflaţi în căutarea unor noi modele ale fizicii particulelor. Partea grea constă însă în alinierea lor la astrofizică – cum se dezvoltă materia întunecată şi cum se adună în clustere? În lumea vizibilă, prezenţa câmpurilor electromagnetice face această problemă să fie una foarte dificilă – atunci când mai adaugi în ecuaţie şi electromagnetismul întunecat, lucrurile nu fac decât să se complice şi mai mult’, a concluzionat Sean Carroll, citat de SPACE.com.