Iako teorijski modeli predviđaju da tamna tvar čini većinu materije u svemiru, ona ostaje jedan od najvećih misterija moderne fizike jer ne emitira, ne apsorbira niti reflektira svjetlost, što je čini nevidljivom za konvencionalne teleskope. Dok su dosadašnja istraživanja nudila tek neizravne naznake njezina postojanja, stvarni sastav te zagonetne supstance i dalje nam izmiče. No, velika međunarodna suradnja znanstvenika okupljena u projektu PPTA (Parkes Pulsar Timing Array) odlučila je promijeniti pravila igre. Umjesto klasičnih metoda, okrenuli su se najpreciznijim satovima u svemiru – pulsarima – kako bi detektirali suptilne valove koje bi tamna tvar mogla stvarati dok prolazi kroz našu galaksiju.
Jedna od vodećih hipoteza sugerira da se tamna tvar sastoji od čestica sličnih aksionima (ALDM), koje posjeduju ekstremno malu masu. Upravo zbog te neznatne mase, predviđa se da se ove čestice na galaktičkim ljestvicama ne ponašaju kao pojedinačne točke, već više poput valova. Kako bi testirali tu teoriju, istraživači su razvili inovativan pristup nazvan “Pulsar Polarization Array” (PPA). Riječ je o metodi koja unakrsno korelira podatke o polarizaciji pulsara – neutronskih zvijezda koje se vrtoglavo brzo rotiraju i emitiraju pravilne snopove radiovalova.
Potraga za nevidljivim valovima u galaktičkom halou
Osnovna ideja ovog pristupa počiva na mjerenju kutova polarizacije niza pulsara te praćenju kako se ti kutovi mijenjaju tijekom vremena i u odnosu na prostorni položaj pulsara. Cilj je otkriti specifične obrasce korelacije u tim promjenama, koji bi se mogli objasniti prisutnošću ultralake tamne tvari. Prvi rezultati ove pionirske studije nedavno su objavljeni u časopisu Physical Review Letters.
Tao Liu, jedan od autora studije, objašnjava kako su još 2021. godine predložili izgradnju PPA sustava koristeći postojeće podatke, pozicionirajući ga kao novi alat za istraživanje astrofizike i fundamentalne fizike. Znanstvenici su prepoznali da bi se ovaj alat najbolje mogao iskoristiti za detekciju tamne tvari putem efekta kozmičkog dvoloma. Naime, dok linearno polarizirana svjetlost pulsara putuje kroz galaktički halo, valovi ultralake tamne tvari trebali bi utjecati na nju, uzrokujući specifične oscilacije u ravnini polarizacije.
Jing Ren, suautorica rada, ističe kako PPA pruža izvanrednu priliku za istraživanje ove paradigme tamne tvari. Srećom, program Parkes PTA, jedan od vodećih svjetskih programa te vrste, posjedovao je opsežne dugoročne podatke o polarizaciji pulsara, što ga je učinilo idealnom platformom za ovaj znanstveni pothvat.
Najpreciznija ograničenja dosad i pogled u budućnost
Kako bi proveli ovu ambicioznu potragu, istraživači su prikupili podatke s radioteleskopa Parkes u Australiji. Analizirali su polarizaciju 22 milisekundna pulsara, zvijezda koje se okreću stotinama puta u sekundi, koristeći podatke prikupljane tijekom čak 18 godina. Liu i njegovi kolege pomno su ispitali kut polarizacije svakog od ta 22 pulsara, uklonili šumove i nasumične fluktuacije, te potražili skrivene obrasce koji bi povezivali signale različitih zvijezda.
Razvoj odgovarajućeg okvira za analizu, uključujući modeliranje šuma, bio je ključan s obzirom na inovativnu prirodu metode. Iako izravna detekcija tamne tvari još nije potvrđena, studija je uspjela postaviti nova, dosad najstroža ograničenja na snagu kojom bi ultralaka tamna tvar mogla interagirati sa svjetlošću. Konkretno, istraživanje je postavilo najjače granice na tzv. Chern-Simonsovo sprezanje unutar središnjeg raspona mase ovih čestica.
Ovo je tek prva PPA analiza takve vrste, a znanstvenici su optimistični glede budućnosti. S dolaskom nove generacije radioteleskopa, poput kineskog FAST-a i golemog međunarodnog projekta SKA, moći će se pratiti više pulsara s još većom preciznošću polarizacije. U nadolazećem desetljeću, kombiniranjem PPA metode s drugim astronomskim alatima, poput mjerenja vremena dolaska signala, fizičari se nadaju da će napokon složiti mozaik i riješiti zagonetku tamne tvari.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
