Tamna tvar ima dvije ključne osobine: posjeduje masu poput obične tvari, ali gotovo uopće ne reagira s elektromagnetskim zračenjem. Neutrini ispunjavaju ta dva uvjeta, no kroz prostor putuju gotovo brzinom svjetlosti, pa ih ubrajamo u takozvanu “vruću tamnu tvar”. Promatranja, međutim, jasno pokazuju da je tamna tvar hladna.
Osim toga, neutrina jednostavno nema dovoljno da bi objasnili sav opaženi udio tamne tvari u svemiru, čime otpada mogućnost da su upravo oni njezina građa. Nijedna druga poznata čestica ne zadovoljava potrebne uvjete, pa i dalje ne znamo od čega je taj nevidljivi sastojak svemira građen. U tom trenutku na pozornicu stupaju teoretski fizičari.
Slabi, ali masivni kandidati
Jedan od najpopularnijih prijedloga jest da tamnu tvar čine tzv. slabo interaktivne masivne čestice, poznate kao WIMP-ovi (Weakly Interacting Massive Particles). Te čestice, prema teoriji, imaju masu daleko iznad granica koje današnji akceleratori čestica mogu doseći. Posljedica bi bila da se one mogu spontano, ili međusobnim interakcijama, raspadati na lakše čestice koje već poznajemo.
Zbog toga su astronomi i fizičari godinama tragali za mogućim emisijama koje bi ukazivale na raspad tamne tvari – primjerice za gama zrakama. Ideja je jednostavna: ako se čestice tamne tvari sudaraju, mogle bi stvarati kaskadu visokoenergetskih fotona i drugih čestica. No dosadašnji tragovi su slabi i ne prelaze prag stvarnog dokaza. Ako tamna tvar doista reagira, čini to iznimno slabo i gotovo bez svjetlosnog učinka.
Kada svjetlost prolazi kroz tamu
Novo istraživanje pristupa problemu iz drugog kuta. Umjesto da izravno traže raspadne produkte WIMP-ova, autori su izračunali kako bi pozadinsko svjetlo moglo interagirati s tim česticama. Rezultati sugeriraju da bi takve interakcije mogle mjerljivo utjecati na svjetlost udaljenih galaksija.
Tim je izračunao teoretske presjeke raspršenja za dva moguća slučaja: prvi u kojem tamna tvar djeluje samo gravitacijski, i drugi u kojem međusobni sudari čestica stvaraju sekundarne produkte. U prvom scenariju fotoni niske energije češće se raspršuju naprijed, dok u drugom skloniji su povratnom raspršenju.
To znači da bi, ako tamna tvar djeluje isključivo gravitacijski, svjetlost koja prolazi kroz njezine oblake mogla dobiti neznatno više energije, pomičući spektar blago prema plavom dijelu. Ako je, pak, riječ o slabo interaktivnoj tvari, svjetlost bi gubila djelić energije i djelovala nešto crvenije.
Taj efekt “zatamnjenja” ili “bojenja” svjetlosti iznimno je malen, premalen da bi podržao alternativne kozmološke teorije poput “umorne svjetlosti”. No mogao bi ipak biti dovoljno velik da ga teleskopi detektiraju. Autori su usporedili svoje modele s promatranjima gama zračenja iz središta Mliječne staze, koje prikuplja svemirski teleskop Fermi-LAT.
Pokazalo se da oba modela zasad ulaze u granice nesigurnosti postojećih mjerenja. Buduća, preciznija opažanja visokoenergetskog zračenja iz galaktičkog središta mogla bi potvrditi ili odbaciti ovu hipotezu.
Tamna tvar ostaje jedna od najvećih zagonetki suvremene kozmologije, pa svaki novi pristup vrijedi istražiti. Možda ćemo jednog dana otkriti da doista gledamo svemir, kroz blago obojene naočale.
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.
