Nauju tyrimu keliama idėja, kad tamsioji materija buvo iki „Didžiojo sprogimo“, — bet ką tai reiškia?

Dabartiniu vertinimu, tamsioji materija sudaro 80% žinomos visatos materijos, bet nepaisant to, mokslininkai nežino, kas tai yra. Tad, mūsų žiniose apie visatą žioji didžiulė spraga, o tamsioji materija tebelieka viena iš didžiausių mokslo paslapčių.

Tad, nieko keisto, kad naują tyrimą šia tema karštai aptarinėja tiek mokslo bendruomenė, tiek ir eiliniai skaitytojai.

Panašiai ir visatos kilmė ir vadinamasis „didysis sprogimas“ susiveda į fundamentalų, visiems mums kada nors kilusį klausimą: „Kodėl yra kažkas, o ne nieko nėra?”

Nesunku nuspėti, kad „Didįjį Sprogimą“ ir tamsiosios materijos prigimtį apjungiantis tyrimas garantuotai neliks nepastebėtas — ypač, jei tyrimas atrodo nederantis su dabartiniu supratimu apie šias esybes.

Juk paslaptys patinka visiems.

Naujas Tommio Tenkaneno, Johns Hopkins universiteto Fizikos ir astronomijos postdoktoranto straipsnis, publikuotas Physical Review Letters D žurnale, žada paslaptį dar pagilinti, nes nurodo, kad tamsioji materija senesnė už DS.

Gali pasirodyti, kad tai rodo, jog tamsioji materija senesnė už pačią visatą — nes plačioji publika „Didįjį Sprogimą“ interpretuoja kaip visatos gimimą.

Pavyzdžiui, Daily Express apie tyrimą rašė taip: „Naujas tyrimas parodė, kad tamsioji materija gali būti netgi dar keistesnė , nei manyta, nes ji galėjo rastis dar prieš Visatos pradžią — Didįjį Sprogimą.”

Tik kad visatos pradžia nėra tai, ką kosmologai turi omenyje, sakydami „Didysis Sprogimas“.

Be šios neintuityviai skambančios informacijos, tyrimas pateikia naujų tamsiosios materijos formavimosi idėjų ir kaip astronomai galiausiai galėtų ją aptikti. Nors šis tyrimo aspektas iš pradžių gal ir neskamba taip patraukliai, kaip labiau dėmesį antraštėse traukiantys elementai, tai gali būti svarbiausias straipsnyje aprašytas atradimas.

Tyrimo autorius Tenkanenas aiškina: „Šis tyrimas atskleidė naują dalelių fizikos ir astronomijos ryšį.

„Jei tamsioji materija susideda iš naujų dalelių, atsiradusių prieš DS, jos unikaliai paveikė galaktikų išsidėstymą danguje.”

Šis ryšys gali — be to, kad atskleistų tamsiosios materijos prigimtį — užuominų apie tai, kad buvo prieš Didįjį Sprogimą, prideda Tenkanenas.

Tai yra svarbi tyrimo dalis, o daugelis redaktorių ją praleido pro akis, ir skaitytojams neperdavė.

Taigi, kodėl medžiaga, išdėstyta, tarkime, Express, nėra tiksli?

Kad tai išsiaiškintume, iš pradžių turime nuspręsti, ką gi reiškia frazė „prieš Didįjį Sprogimą“.

„Didysis sprogimas“ — ne didelis, ne sprogimas, ir ne pradžia

Svarbu pažymėti, kad nepaisant plačiai paplitusio įsitikinimo, „Didysis Sprogimas“ nereiškia visatos pradžios.

Kosmologų ir kitų mokslininkų naudojamas terminas „Didysis Sprogimas“ — pašaipiai sukurtas šią teoriją atmetusio britų astronomo Fredo Hoyle'o, — iš tiesų reiškia labai jaunoje visatoje vykusį spartaus plėtimosi, infliacijos periodą.

Be to, iš nepaprastai mažo taško atsiradęs Didysis Sprogimas nebuvo joks sprogimas — tai veikiau lygintina su greitu baliono pūtimusi, nei sprogimu — ir joks „Didysis“.

Atsižvelgiant į tai, antraštės „… ankstesnė už Didįjį Sprogimą…“ neintuityvumas iš karto sumažėja ir Tenkaneno tyrimo nenuvertina. Tiesą sakant, būtent tai mokslininkas ir stengiasi parodyti.

Jis sako: „Kosmologai, minėdami Didįjį Sprogimą, turi galvoje epochą prieš maždaug 13,8 milijardus metų, kuomet visata buvo suspausta į mažą tūrį.”

„Gigantiškas slėgis molekules ir atomus buvo suskaidęs į mažesnes elementarias daleles, suformavusias karštą sriubą, kurią mokslininkai vadina karščio vonia.”

Tad, ne visatos pradžia, tik šalia jos.

Tenkanenas pažymi, kad tyrėjai šią informaciją gavo iš Kosminio mikrobangų fono (KMF) — kuris išmatuotas itin tiksliai — aiškiai rodančio tokią būseną.

„Tačiau KMF spinduliavimo savybės rodo, kad prieš susiformuojant šiai karščio voniai, visata buvo kitokios būsenos, kurią kosmologai vadina kosmine infliacija“ – tęsia jis.

„Kas nutiko prieš infliaciją ar pačioje pradžioje – jei tokia buvo, – nežino niekas. Bet kuriuo atveju, infliacija įvyko prieš Didžiojo Sprogimo epochą.”

Tai išsiaiškinę, galime patikrinti, ką Tenkaneno tyrimas iš tiesų teigia, ir kodėl tai svarbu.

Posūkis nuo esamų tamsiosios materijos lūkesčių

Nors, kaip matome, šokiruojančių visatos pradžios įžvalgų nepateikiama, straipsnis suteikia naujoviškų pamąstymų apie tamsiąją materiją ir epochą, kurioje ji radosi.

Dabartinės tamsios materijos kilmės teorijos teigia, kad tai galėjo būti DS „likučiai“, bet eksperimentinės paieškos, kuriose į tai atsižvelgta, teigiamų rezultatų nesuteikė.

Tenkanenas paaiškina, kodėl, jo manymu, taip yra: „Daugumoje tamsiosios materijos savybių ir kilmės modelių daroma prielaida, kad ji susideda iš naujų elementariųjų dalelių, Didžiojo Sprogimo karštų dalelių sriubos likučių.

„Nors kai kurie tyrėjai yra siūlę modelius, kuriuose tamsioji materija radosi iš kosminės infliacijos — eros, iš tiesų buvusios prieš DS epochą, — šie modeliai prognozuoja visiškai kitokius stebimus ženklus (jei iš viso kokius nors prognozuoja).”

Tenkaneno manymu, įrodymų gali nebūti, nes šios idėjos neteisingos, kad jei tamsioji materija išties yra DS likutis, tada tyrėjai vykdytuose eksperimentuose jau būtų išvydę tiesioginius tamsiosios materijos pėdsakus.

Esminis Tenkaneno tyrimo aspektas, pasak jo paties, yra ne tik tai, kad infliacijos metu galėjo būti sukurta pakankamai tamsiosios materijos skaliarinių dalelių, bet ir tai, kad jos palieka unikalų atspaudą visatos didelio masto struktūroje. O būtent, galaktikų ir galaktikų spiečių pasiskirstymui.

Jis priduria: „Tyrimas prognozuoja, kad visatoje yra daugiau galaktikų ir galaktikų spiečių, nei scenarijuose, kur tamsioji materija randasi iš Didžiojo Sprogimo.

„Taip hipotezė tampa patikrinama astronominiais stebėjimais jau artimoje ateityje” priduria jis.

Be to, Tenkanenas sako, kad jo tyrime pateiktas modelis yra „matematiškai paprasčiausias įmanomas tamsiosios materijos modelis.”

Visa tai nėra visiškas tamsiosios materijos permąstymas, tyrime tebesilaikoma prielaidos, kad tamsioji materija sudaryta iš dalelių, bet ragina patikrinti, ar kitokie tamsiosios materijos modeliai galėtų turėti pasekmių, kurios anksčiau nebuvo pastebėtos.

Kodėl reikėtų tirti kitokį tamsiosios materijos modelį?

Tenkanenas paaiškina, kaip jo studijos paskatino ištirti kitokį tamsiosios materijos modelį, užuot laikiusis esamų, ir gal geriau įsitvirtinusių idėjų.

Jis sako: „Studijavau tiek kosminę infliaciją, tiek dalelių tamsiąją materiją nuo savo PhD pradžios, tad natūraliai kilo klausimas, ar šie du dalykai turi ką bendro.

„Tiesą sakant, pagrindinis postūmis buvo straipsnis, kurį praėjusį rudenį parašiau su ICL tyrėjais. Jis buvo apie labai panašų modelį, tik kiek sudėtingesniu matematiniu karkasu.”

Šiame naujame tyrime Tenkanenas sugebėjo ankstesnius skaičiavimus supaprastinti ir pateikti naujas šio scenarijaus pasekmes, kurias būtų galima patikrinti stebėjimais.

Šiame tyrime lieka daug atvirų perspektyvų kitiems tyrėjams. Konkrečiai, tyrėjai gali panorėti išsiaiškinti, ar yra kitų modelių, kuriuose tamsioji materija sukuriama panašiai, kaip ir Tenkaneno.

Be teorinių paieškų, šis tyrimas atveria perspektyvas stebėjimams ir eksperimentams.

Tenkanenas sako: „Kalbant apie stebėjimus, tikiuosi, kad astronomai ieškos numatytų tamsiosios materijos įspaudų didelio mastelio visatos struktūrose.“

„Šaunu, kad daugiau apie tai sužinosime, kai 2022 metais į kosmosą bus iškeltas Euclid palydovas. Nekantraudamas laukiu, ką jis suras.”

Tyrėjas apibendrina: „Vykstantys ir greitai vyksiantys didelio mastelio visatos struktūrų tyrimai žada labiau atskleisti tamsiosios materijos prigimtį, nes žinoma, kad tamsioji materija vaidina esminį vaidmenį visatos formavimesi.

„Detalės, kaip visa tai nutiko, tikrai papasakos daugiau apie tamsiąją materiją, taip pat ir tuomet, kai tamsioj materija pernelyg efemeriška, kad ją būtų galima aptikti dalelių fizikos eksperimentais.”

Originalus tyrimas: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.061302