Lehetséges a sötét anyagon alapuló élet?

2024 Szerző: Seth Attwood | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-16 16:07

Univerzumunk tömegének túlnyomó része láthatatlan. A fizikusok pedig már jó ideje próbálják megérteni, mi ez a megfoghatatlan tömeg. Ha részecskékből áll, akkor az a remény, hogy a Nagy Hadronütköztető képes sötét anyag részecskéket előállítani, vagy az űrteleszkóp a sötét anyag ütközésének beszédes gamma-sugarait fogja látni. Egyelőre nincs semmi. Ez a probléma pedig új ötletek elgondolkodtatására készteti az elméleti fizikusokat.

2017-ben a neves elméleti fizikus, Lisa Randall a sötét anyag egyik leghihetetlenebb lehetőségét vizsgálta. Természetesen hipotetikus. Ahelyett, hogy a sötét anyagot egy bizonyos típusú részecskeként kezelné, azt feltételezte, hogy a sötét anyag részecskék egész családjából állhat, amelyek sötét csillagokat, sötét galaxisokat, sötét bolygókat és esetleg sötét életet alkotnak. A sötét univerzum kémiája éppoly gazdag és változatos lehet, mint a saját „rendszeres kémiánk”. De nem minden ilyen egyszerű.

A sötét anyag problémája

Univerzumunk csodálatos, bár felfoghatatlan hely.

Az elmúlt néhány évtizedben rájöttünk, hogy az Univerzum anyagának 84,5%-a nem látható. Tekintettel meglehetősen kínos „sötét anyag” becenevére, ez az anyag olyan állapotban van, hogy nem lép kölcsönhatásba a „normál” anyaggal. A sötét energiához hasonlóan ezek a dolgok „sötétek”, mert nem értjük őket.

Ha most egy darab sötét anyag van az asztalomon, soha nem fogok tudni róla. Egy darab sötét anyag általában, mint olyan, nem heverhet az asztalomon. Át fog zuhanni az asztalon, és a padló és a földkéreg belerohan a gravitációs kútba bolygónk magjában. Vagy felfoghatatlan módon eltűnik az űrben. A sötét anyag olyan gyengén lép kölcsönhatásba bármivel, hogy ez a darab egyszerűen átesik a közönséges anyagon, mintha nem is létezne.

Kis léptékben a sötét anyag gravitációs megnyilvánulása elhanyagolható, de kozmológiai távolságokon határozottan érezhető a sötét anyag jelenléte - közvetetten a galaxishalmazokra gyakorolt gravitációs hatása és a galaxisok forgására gyakorolt hatása révén figyelhető meg. Tudjuk, hogy létezik, egyszerűen nem látjuk.

És nem tudjuk, mi az, csak találgathatunk

A közönséges anyag – más néven barion anyag – elektromágneses, gravitációs, erős és gyenge erők révén lép kölcsönhatásba. Ezek az erők energiát adnak át és szerkezetet adnak minden anyagnak. Ezzel szemben a sötét anyagot általában "anyag" amorf felhőjének tekintik, amely nem tud kölcsönhatásba lépni elektromágneses erőkkel, legyen az gyenge vagy erős. Ezért feltételezzük, hogy a sötét anyag „nem barionos”. A nem-barion anyag csak gravitációs úton képes feltárni jelenlétét.

A sötét anyag kutatásának vezető jelöltje a WIMP, egy gyengén kölcsönható nagy tömegű részecske. Ahogy a WIMP neve is sugallja, ez a hipotetikus részecske nem lép kölcsönhatásba a normál anyaggal – tehát nem barionos.

A megalapozott kozmológiai modellek azt jósolják, hogy a sötét anyag – legyen szó például WIMP-k vagy „axionok” formájában – szerkezettel ruházza fel Univerzumunkat, és általában leegyszerűsítve „ragasztónak” nevezik, amely az Univerzumunkat egészében tartja.

A galaxisok forgását figyelve Vera Rubin csillagász észrevette, hogy a galaxisokban lévő anyag nagy része nem megfigyelhető. Csak kis százaléka látható - csillagok, gáz és por; a többi a sötét anyag hatalmas, de láthatatlan glóriájában rejtőzik. Olyan, mintha a hétköznapi anyagból álló látható galaxisunk csak egy burkolat lenne a sötét anyag hatalmas kerekén, amely messze túlmutat azon, amit látunk.

Egy nemrég megjelent cikkben (2013) Randall és munkatársai a sötét anyag egy összetettebb formáját mutatták be. Szerintük galaxisunk sötét anyag halója nem csak egyfajta amorf tömegű nem-barion anyagból áll.

„Nagyon furcsának tűnik azt feltételezni, hogy minden sötét anyag csak egyfajta részecskéből áll” – írja Randall. "Egy elfogulatlan tudósnak nem szabad megengednie, hogy a sötét anyag olyan változatos legyen, mint a normál anyagunk."

Gazdag "árnyékuniverzum"?

Ahogyan látható univerzumunkat a fizika standard modellje – a részecskék (beleértve a hírhedt Higgs-bozont) és erők jól bevált családja – irányítja, működhet-e a sötét anyag részecskéinek és erőinek gazdag és változatos modellje egy sötét galaktikus halóban?

Ez a kutatás azt a logikát követi, hogy az univerzum sötét szektorában – nevezzük „árnyékuniverzumnak” – az ismeretlen fizika sokféleségét feltételezzük, amely párhuzamosan létezik a miénkkel, és rendelkezik mindazzal a bonyolultsággal, amit látható univerzumunk kínál.

Asztrofizikusok korábban felvetették, hogy "sötét csillagok" - sötét anyagból készült csillagok - a mai napig létezhetnek ősi univerzumunkban. Ha igen, érvel Randall, akkor talán „sötét bolygók” alakulhatnak ki. És ha létezik a sötét anyag részecskéinek családja, amelyet a sötét szektorba telepített erők irányítanak, ez bonyolult kémia kialakulásához vezethet? És az életre?

Ha azonban univerzumunkkal párhuzamosan létezik „sötét” vagy „árnyék” élet, akkor elfelejtheti, hogy észlelni tudjuk.

Az árnyélet az árnyékban marad

Csábítónak tűnik, hogy ezzel a hipotézissel megmagyarázzuk az összes mindennapi rejtélyt vagy akár paranormális állítást, amelyeket a tudomány nem vitathat vagy támogathat. Mi van akkor, ha a „szellemek” vagy a megmagyarázhatatlan „fények az égen” a sötét lények bohócai, akik mindennek a hátában élnek?

Bár ez a logika megfelelő lenne egy tévéműsorhoz vagy filmhez, ezek a sötét lények egy árnyékos univerzumban élnének, amely teljesen összeegyeztethetetlen a hétköznapi anyaggal. A részecskéik és az erőik nem lennének hatással a mi univerzumunkra. Elolvashatná ezeket a sorokat egy fatönkön ülve egy sötét erdőben, és soha nem tudna róla.

De mivel ezzel az árnyékuniverzummal együtt élünk ugyanabban a téridőben - szükségtelen dimenziók vagy multiverzum nélkül - csak egy jelet lehet továbbítani.

A gravitációs hullámokat csak 2016-ban fedezték fel, és ezeknek a téridő-hullámoknak az első észlelését a fekete lyukak ütközése okozta. Nagyon valószínűnek tűnik, hogy gravitációs hullámok észlelhetők a sötét szektorban, de csak a sötét szektor legerősebb kozmikus eseményei észlelhetők a vezeték végén.

Összességében szinte biztosan soha nem fogjuk bebizonyítani az aranyos sötét anyag lények létezését, de Randall rámutat egy fontos pontra. Amikor a sötét anyag forrását vesszük figyelembe, túl kell tekintenünk előítéleteinken; a sötét szektor sötét anyag részecskék és erők összetett családja lehet, amelyek túlmutatnak azon, amit el tudunk képzelni.