Dacă 80% din masa Universului este invizibilă (materie neagră), universul este misterios. Această ipoteză, deși nu poate fi demonstrată convine comunității științifice, pentru că ar explica multe alte relații și fenomene ale universului ”magic” dintr-o perspectivă științifică, cea a actualului model cosmologic. Cealaltă ipoteză, mai nou apărută, susține că masa invizibilă sau lipsă de 80% a Universului, ar putea să nu existe de fel – că nu ar fi nevoie de ea și că, ar fi necesară doar o ajustare a legilor fizicii newtoniene, care să explice de ce la scară cosmologică – velocitatea redusă a unor macro-sisteme se traduce într-o gravitație mai puternică și un comportament structural diferit față de cel preconizat anterior.
Cercetătorii au dezvoltat simulări computerizate complexe pentru a genera un test ce ar putea răspunde la una din întrebările complexe ale astrofizicii: materia neagră există cu adevărat? Legea gravitației Newtoniene ar trebui modificată?
Noul studiu, publicat în jurnalul ”Physical Review Letters”, arată că răspunsul se află în mișcarea stelelor din cadrul galaxiilor satelitare ce se rotesc în jurul Căii Lactee.
Utilizând unul dintre cele mai rapide super-computere din lume, oamenii de știință au simulat distribuția materiei așa-numitelor galaxii pitice satelitare, care sunt structuri mai mici ce orbitează de pildă Calea Lactee sau Andromeda.
Cercetătorii s-au concentrat pe relația numită RAR (relația de accelerație radială). În galaxiile discoidale, stelele se deplasează pe orbite circulare în jurul centrului galactic. Accelerația care le forțează să își modifice constant direcția este cauzată de atracția materiei din galaxie. RAR descrie relația dintre această accelerație și una cauzată numai de materia vizibilă și oferă o imagine a structurii galaxiilor și asupra distribuției materiei în acestea.
”Am simulat acum, pentru prima oară, relația RAR a galaxiilor pitice, asumând că materia neagră există”, a explicaty Prof. Dr. Cristiano Porciani de la Institutul de Astronomie Argenlander, al Universității Bonn.
”Ei bine, acestea (galaxiile pitice) s-au comportat ca niște versiuni la scară mai mică a galaxiilor mari”. Dar ce ar fi dacă acolo nu ar exista materie neagră și în loc de asta, gravitația ar funcționa diferit față de legea Newtoniană?
”În acest caz, relația RAR a galaxiilor pitice” depinde puternic de distanța față de galaxia părinte, ceea ce nu s-ar putea întâmpla dacă materia neagră ar exista”, a explicat cercetătorul Emilio Romano-Diaz.
Diferența face din galaxiile satelitare o probă puternică pentru testarea existenței reale a materiei negre. Sonda GAIA, care a fost lansată de Agenția Spațială Europeană (ESA) în 2013, poate deja să ofere un răspuns.
GAIA a fost proiectată pentru a studia stelele din Calea Lactee și galaxiile satelitare în detaliu fără precedent și a colectat un volum uriaș de date. Însă – probabil – vor fi necesari ani pentru a oferi un răspuns cert. ”Măsurătorile individuale nu sunt de ajuns pentru a testa micile diferențe pe care le-am identificat în simulările noastre.”, a explicat doctorandul Enrico Garaldi. Dar repetând de mai multe ori aceste măsurători – calculele vor fi tot mai precise – și mai devreme sau mai târziu am putea determina dacă galaxiile satelit se comporta ca și cum ar exista sau nu materia neagră în univers.
Materia Neagră reprezintă una dintre cele mai complexe și mai acute problematici ale cosmologiei actuale. Existența materiei negre a fost sugerată în urmă cu peste 80 de ani de către astronomul suedez Fritz Zwicky, care a observat că galaxiile se deplasează atât de rapid în cadrul roiurilor galactice, încât ar trebui să se disipeze. Așa încât Zwicky a postulat prezența unei specii de materie invizibile care, datorită masei proprii, ar exercita o gravitație suficientă pentru a păstra galaxiile pe orbitele lor observate.
În anii 1970, colega sa americană Vera Rubin a descoperit un fenomen similar în galaxii spiralate precum Calea Lactee: ele se rotesc atât de repede, încât forța centrifugă ar trebui să le împrăștie dacă ar fi prezentă doar materia vizibilă.
În prezent, cei mai mulți dintre fizicieni sunt convinși să materia neagră reprezintă 80% din masa Universului. Doarece nu interacționează cu lumina, este invizibilă în telescoape.
Cu toate acestea, existența materiei negre conferă sens unui mare număr de alte observații – cum ar fi distribuția radiației cosmice de fond, o rămășiță energetică a Big-Bang-ului.
Materia neagră oferă de asemenea o explicație bună pentru aranjamentul și rata de formare a galaxiilor în univers. În ciuda numeroaselor eforturi și experimente, nu există până în prezent nici o dovadă directă a existenței materiei negre.
Acest lucru i-a condus pe astronomi către o altă ipoteză, aceea că forța gravitațională în sine ar putea să se comporte în mod diferit față de cum s-a considerat anterior.
Conform teoriei MOND (Dinamica Newtoniană Modificată), atracția dintre două mase se supune legilor newtoniene doar până la un anumit punct.
La accelerări mici, cum sunt cele care prevalează în galaxii, gravitația devine considerabil mai puternică. De aceea, galaxiile nu se disipează datorită vitezelor de rotație iar teoria MOND se poate dispensa de materia neagră.
Noul studiu oferă astfel oportunități pentru ca astronomii să testeze cele două ipoteze.
Sursa: University of Bonn, via http://www.knowridge.com
Credit foto: E. Garaldi, C. Porciani, E. Romano-Díaz/University of Bonn for the ZOMG Kollaboration.
Traducere și adaptare: Ciprian Petru Crișan
