Hladna tamna materija (CDM)

Svemir se sastoji od najmanje dvije vrste materije. Ponajprije, postoji materijal koji možemo otkriti, a koji astronomi nazivaju „barionskom” materijom. Zamišljeno je kao "obična" materija, jer je načinjena od protona i neutrona, koji se mogu mjeriti. Barionska tvar uključuje zvijezde i galaksije, plus sve predmete koje sadrže.

Postoje također "stvari" u svemiru koje se ne mogu otkriti uobičajenim promatračkim sredstvima. Ipak, ona postoji zato što astronomi mogu izmjeriti njezin gravitacijski utjecaj na barionsku tvar. Astronomi ovaj materijal nazivaju "tamnom materijom", jer, eto, tamna je. Ne odražava se i ne emitira svjetlost. Ovaj tajanstveni oblik materije predstavlja neke velike izazove razumijevanju mnogih stvari o svemiru, od samog početka, prije nekih 13,7 milijardi godina.

Prije desetljeća astronomi su otkrili da u svemiru nema dovoljno mase koja bi objasnila stvari poput rotacije zvijezda u galaksije i pokreti zvjezdanih grozdova. Masa utječe na kretanje objekta kroz svemir, bilo da se radi o galaksiji ili zvijezdi ili planetu. Sudeći prema načinu na koji su se neke galaksije rotirale, primjerice, pokazalo se da je tamo negdje veća masa. To nije otkriveno. Nekako je „nestao“ iz masovnog popisa koji su sastavili pomoću zvijezda i maglina kako bi galaksiji dodijelili određenu masu.

Istraživači su počeli dublje kopati kako bi shvatili kamo je nestala sva nestala masa. Smatrali su da je to možda naše razumijevanje fizike, tj. opća relativnost, bio je pogrešan, ali previše drugih stvari se nije zbrojilo. Dakle, odlučili su da možda masa još uvijek postoji, ali jednostavno nije vidljiva.

Premda je još uvijek moguće da nam nedostaje nešto temeljno u našim teorijama gravitacije, druga je mogućnost bila fizičarima ugodnija. Iz te je objave rođena ideja o tamnoj materiji. Za to postoje galaksije, a teorije i modeli ukazuju na uključenost tamne materije već u nastajanju svemira. Dakle, astronomi i kosmolozi znaju da je to vani, ali još nisu utvrdili što je to.

Pa, što bi mogla biti tamna materija? Do sada postoje samo teorije i modeli. Oni se zapravo mogu podijeliti u tri opće skupine: vruća tamna tvar (HDM), topla tamna tvar (WDM) i hladna tamna tvar (CDM).

Od trojice, CDM je dugo vodeći kandidat za ono što je ta nestala masa u svemiru. Neki se istraživači još uvijek zalažu za teoriju kombiniranja, gdje aspekti sve tri vrste tamne materije postoje zajedno kako bi sačinjavali ukupnu nestalu masu.

CDM je vrsta tamne materije koja se, ako postoji, kreće polako u usporedbi sa brzinom svjetlosti. Smatra se da je u svemiru prisutan od samog početka i vrlo je vjerojatno utjecao na rast i razvoj galaksija. kao i formiranje prvih zvijezda. Astronomi i fizičari misle da je to najvjerojatnije neka egzotična čestica koja još nije otkrivena. Vrlo vjerojatno ima vrlo specifična svojstva:

Morao bi nedostajati interakcija s elektromagnetskom silom. To je prilično očito jer je tamna tvar tamna. Zbog toga ne djeluje, odražava ili ne zrači bilo koju vrstu energije u elektromagnetskom spektru.

Međutim, svaka čestica kandidata koja čini hladnu tamnu tvar morala bi uzeti u obzir da mora imati interakciju s gravitacijskim poljem. Kao dokaz tome, astronomi su primijetili da akumulacije tamne materije u galaksijskim klasterima imaju gravitacijski utjecaj na svjetlost udaljenijih objekata koji slučajno prolaze. Ova tzv "efekt gravitacijskog leća" uočeno je mnogo puta.

Iako nijedna poznata materija ne zadovoljava sve kriterije za hladnu tamnu tvar, barem su tri teorije napredne za objašnjenje CDM-a (ako postoje).

• Slabo interaktivne masivne čestice: Također poznat kao wimps, te čestice, po definiciji, zadovoljavaju sve potrebe CDM-a. Međutim, nikada nije pronađeno da takve čestice postoje. WIMP-ovi su postali uobičajeni izraz za sve kandidate za hladnu tamnu materiju, bez obzira na to zašto se smatra da čestica nastaje.
• Axions: Te čestice posjeduju (barem marginalno) potrebna svojstva tamne materije, ali iz različitih razloga vjerojatno nisu odgovor na pitanje hladne tamne materije.
• Machos: Ovo je kratica za Masivni kompaktni halo objekti, koji su predmeti poput Crne rupe, drevni neutronske zvijezde, smeđi patuljci i planetarnih objekata. Sve su to ne svjetleće i masivne. Ali, zbog velikih veličina i u pogledu volumena i mase, bilo bi ih relativno lako otkriti nadgledanjem lokaliziranih gravitacijskih interakcija. Postoje problemi s hipotezom MACHO. Na primjer, promatrano kretanje galaksija ujednačeno je na način koji bi bilo teško objasniti jesu li MACHO-ovi isporučili nedostajuću masu. Nadalje, zvjezdane skupine bi zahtijevale vrlo ujednačenu raspodjelu takvih objekata unutar njihovih granica. To se čini vrlo malo vjerojatno. Također, ogroman broj MACHO-ova koji bi trebao biti prilično velik da bi se objasnio nedostajuće mase.

Trenutno misterija tamne materije još nema očito rješenje. Astronomi nastavljaju s dizajniranjem eksperimenata u potrazi za tim neuhvatljivim česticama. Kad shvate što su i kako su raspoređeni po svemiru, otključavat će još jedno poglavlje u našem razumijevanju kosmosa.