Un nou studiu sugerează că materia întunecată, misterioasa substanţă a cărei existenţă este doar bănuită teoretic pe baza presupuselor sale efecte la scara Universului, ar putea să nu existe deloc, iar aceste efecte ce-i sunt atribuite să fie de fapt modalităţi diferite şi încă neînţelese suficient în care gravitaţia se manifestă la scară cosmică, transmite vineri Space.com care citează un material publicat de jurnalul Physical Review Letters B.
Materia întunecată reprezintă un mister pentru fizicieni pentru că, deşi ar trebui să fie de 5 ori mai numeroasă decât materia obişnuită, pur şi simplu nu poate fi observată direct pentru că, dacă există, nu interacţionează cu lumina (sau cu radiaţiile electromagnetice). Având în vedere că particulele din care sunt formaţi atomii care compun la rândul lor stelele, planetele, organismele vii şi totul ce putem vedea în jurul nostru interacţionează cu lumina, oamenii de ştiinţă caută ipotetice particule care nu interacţionează cu lumina şi care ar putea constitui elementele constitutive ale aşa-numitei materii întunecate.
Totuşi, această adăugire la fizica particulelor, care până acum a evitat toate încercările de a o descoperi, nu este necesară dacă ne înşelăm în privinţa modului în care se comportă gravitaţia la scară galactică. Cel puţin, asta sugerează Naman Kumar de la Institutul Indian de Tehnologie şi autorul noului studiu.
"Misterul materiei întunecate - nevăzută, omniprezentă şi esenţială în cosmologia standard - a planat asupra fizicii timp de decenii", a scris Kumar pentru Phys.org. "Într-o nouă cercetare, explorez o posibilitate diferită: în loc să postulez particule noi, propun că poate gravitaţia însăşi se comportă diferit la scară cosmică".
Singurul motiv pentru care oamenii de ştiinţă au dedus prezenţa materiei întunecate este că această materie ciudată interacţionează cu gravitaţia. De fapt, primul indiciu al materiei întunecate a provenit din faptul că s-a observat că galaxiile se rotesc atât de rapid încât, dacă gravitaţia materiei lor vizibile ar fi singura forţă care acţionează pentru a le ţine împreună, stelele şi planetele s-ar fi risipit de mult în spaţiu.
O altă linie de dovezi provine dintr-un fenomen numit "efect de lentilă gravitaţională", care apare atunci când traiectoria de obicei dreaptă a luminii este curbată de o adâncitură în structura spaţiului generată de obiecte cu masă mare. Această deviere s-a dovedit a fi prea extremă pentru a fi explicată de materia vizibilă din galaxiile lentile. Prin urmare, fizicienii au dedus că galaxiile sunt înconjurate de vaste halouri de materie întunecată care se extind mult dincolo de halourile lor de stele.
Faptul că singura dovadă a materiei întunecate provine din efectul său gravitaţional asupra spaţiului şi, prin extensie, asupra materiei barionice (ordinare), explică de ce o teorie modificată a gravitaţiei ar putea elimina necesitatea existenţei materiei întunecate.
Pentru a investiga acest lucru, Kumar a analizat gravitaţia prin prisma teoriei cuantice a câmpului şi la scări foarte mici, echivalente cu lungimea de undă a luminii infraroşii. Aceasta a implicat să nu presupună că "Marele G", constanta gravitaţională a lui Newton, poate să se schimbe la diferite ordine de mărime.
"Ceea ce a apărut este un caz teoretic convingător pentru un scenariu în care forţa efectivă a gravitaţiei se schimbă subtil pe distanţe galactice", a scris Kumar.
Gravitaţia este doar un exemplu în fizică al unei "legi inverse a pătratului" (1/r^2), ceea ce înseamnă că intensitatea sa scade cu pătratul distanţei faţă de o sursă. Astfel, când distanţa faţă de un corp gravitaţional se dublează, atunci gravitaţia sa devine de patru ori mai slabă. Dacă distanţa este triplată, atunci influenţa gravitaţională devine de nouă ori mai slabă.
Kumar a descoperit un potenţial gravitaţional care deviază de la legea inversă obişnuită a forţei, ducând la o forţă pe distanţe lungi de 1/r. Acest lucru poate duce la tipul de rotaţie observat pentru galaxii, care este atribuit în prezent halourilor de materie întunecată.
"Aceste rezultate sugerează că acest scenariu ar putea explica rotaţia galaxiilor fără a invoca o componentă dominantă a materiei întunecate reci", a explicat Kumar.
În contextul în care materia întunecată reprezintă 85% din materia din Univers, este logic că eliminarea acesteia din modelele existente despre cosmos ar avea implicaţii semnificative pentru înţelegerea modului în care Universul a evoluat şi continuă să evolueze. Cu toate acestea, modelul lui Kumar s-ar putea potrivi bine cu aşteptările şi observaţiile actuale.
"În Universul timpuriu - în momentul existenţei radiaţiei cosmice de fond şi în timpul formării structurii - orice modificare a gravitaţiei trebuie să fi fost suficient de mică pentru a evita conflictul cu măsurători cosmologice de precizie", a scris Kumar. "În cadrul de funcţionare în infraroşu, corecţiile cresc lent odată cu dimensiunile şi timpul, menţinând acordul cu constrângerile Universului timpuriu şi devenind relevante doar în epoci ulterioare şi la scară mare".
Următorul pas pentru teoria lui Kumar va fi verificarea acestei teorii prin raportarea la măsurătorile fenomenelor de lentilă gravitaţională şi la grupurile de roiuri galactice, despre care se crede în prezent că se formează sub influenţa materiei întunecate.
"Lucrarea mea deschide o cale către înţelegerea fenomenului materiei întunecate nu ca particule lipsă, ci ca o caracteristică subtilă a gravitaţiei în sine - o consecinţă profundă a dependenţei de scară într-o teorie cuantică a câmpului gravitaţional", a concluzionat Kumar. "Deşi această abordare nu înlocuieşte încă complet materia întunecată în modelul standard cosmologic - în special în explicarea datelor detaliate despre formarea structurilor şi efectul de lentilă - ea evidenţiază posibila complexitate ascunsă a gravitaţiei şi invită la o reevaluare a originii efectelor materiei întunecate", a mai susţinut el.
Comentează