Ciemna materio, jak cię złapać?

Już wiadomo, czym jest ciemna materia? Powstała zaskakująca koncepcja

Ciemna materia wciąż jest jedną z największych zagadek astronomii. Ponieważ poszukiwanie cząstek ją tworzących nie przynosi żadnych rezultatów, wielu naukowców proponuje porzucenie postulowanego od lat modelu i przebadanie nowych koncepcji. Niedawno pojawił się całkiem ciekawy pomysł dotyczą natury ciemnej materii.

Zwykła materia łatwo pochłania i emituje światło. Gdyby ciemna materia była jakąś formą widzialnej materii – choćby tak zimnej, że nieemitującej prawie żadnego światła – to powinno dać się ją zobaczyć przez światło, które pochłania. Tworzone przez nią obiekty wyglądałyby jak ciemne mgławice ułożone w pobliżu płaszczyzny galaktyki. Uczeni wykluczyli również neutrina, bo poruszają się one z prędkością zbliżoną do prędkości światła, a tymczasem wiemy, że większość ciemnej materii musi być powolna, a więc i „zimna”. Ciemna materia musi być zatem czymś, czego prawdopodobnie jeszcze nie rozważaliśmy.

A może chmury bozonów?

Naukowcy z Australijskiego Uniwersytetu Narodowego sugerują, że ciemna materia może być zbudowana z cząstek elementarnych zwanych bozonami skalarnymi. Całą znaną nam materie można podzielić na bozony i fermiony, które różnią się od siebie spinem. Fermiony (jak elektrony czy kwarki) mają spiny ułamkowe (niecałkowite), np. 1/2 albo 3/2. Bozony (jak fotony) mają spin całkowity, np. 1 lub 0. Cząstka o spinie 0 jest bozonem skalarnym.

Fermiony i bozony zachowują się zupełnie inaczej, gdy formują się w większe grupy. Fermiony nie mogą zajmować tego samego stanu kwantowego, więc kiedy je ściskamy, odpychają się od siebie. Bozony natomiast mogą zajmować ten sam kwantowy – jeżeli więc schłodzimy kilka z nich (np. hel-4) utworzą one dziwny obiekt kwantowy znany jako kondensat Bosego-Einsteina.

Czytaj też: Czarne dziury i ciemna materia. Wygląda na to, że łączy je naprawdę wiele

Niestety, znamy tylko jeden bozon skalarny, czyli bozon Higgsa. Biorąc pod uwagę jego właściwości, nie może być on ciemną materią. Istnieją teorie, które proponują istnienie innych (nieznanych obecnie) bozonów skalarnych. Nie oddziaływałyby one ze światłem, a jedynie z grawitacją. Ponieważ zatem światło nie mogłoby ich podgrzać, bozony skalarne ochładzałyby się coraz bardziej, tworząc gigantyczne chmury. Niewykluczone zatem, że ciemna materia jest złożona z chmur bozonów skalarnych.

Chmur bozonów skalarnych nie ma w sąsiedztwie Układu Słonecznego

Czy tę hipotezę można w jakiś sposób zweryfikować? Jeżeli bozony skalarne oddziałują grawitacyjnie, to powinny oddziaływać także z falami grawitacyjnymi. W związku z tym, bozony skalarne powinny tworzyć długotrwałe fale grawitacyjne, które moglibyśmy wykryć przez detektory LIGO lub Virgo.

Naukowcy przeszukali szum grawitacyjny w zakresie 20-600 Hz i niczego nie znaleźli. To oznacza, że w promieniu 3000 lat świetlnych od Ziemi nie ma żadnych młodych chmur skalarnych bozonów. Trzeba szukać dalej, bo sama koncepcja jest co najmniej interesująca.