U svemiru paralelnom našem, možda postoji sve što ne možemo vidjeti.
Nevidljive čestice, nepoznate sile i crne rupe koje se ponašaju kao duhovi svemira, takva su moguća objašnjenja za tamnu tvar, jednu od najvećih zagonetki moderne kozmologije. Nova teorijska istraživanja fizičara Stefana Profuma nude dva odvažna modela koji bi, ako se pokažu točnima, mogli objasniti kako nastaje tajanstvena tvar koja čini više od 80 posto ukupne mase svemira.
Tamna tvar možda dolazi iz zrcalnog svijeta
U prvom znanstvenom radu, Profumo iznosi hipotezu da je tamna tvar nusprodukt ranog svemira, rezultat procesa koji se odvijao u “zrcalnom svijetu”, paralelnom našem, no skrivenom od naših osjetila. Taj hipotetski svemir, iako nevidljiv, podložan je istim zakonima fizike.
Inspiraciju crpi iz kvantne kromodinamike (QCD), teorije koja objašnjava kako jaka nuklearna sila veže kvarkove unutar protona i neutrona. Ako u zrcalnom svijetu postoje “tamni kvarkovi” i “tamni gluoni”, oni bi mogli tvoriti tamne barione. Profumo predlaže da bi ti tamni barioni, uz dovoljnu masu i gustoću, mogli kolabirati u mikroskopske crne rupe, ili barem objekte koji im gravitacijski nalikuju.
Nevidljive crne rupe mogle bi činiti svu tamnu tvar
Iako bi te crne rupe bile svega nekoliko puta masivnije od temeljne mase kvantne gravitacije, Profumo smatra da bi, ako su nastajale dovoljno često, mogle objasniti svu tamnu tvar koju opažamo u svemiru.
Zbog toga što bi djelovale isključivo gravitacijski, takve crne rupe izmakle bi detekciji konvencionalnim instrumentima. Ipak, njihova bi gravitacijska prisutnost bila mjerljiva u oblikovanju velikih kozmičkih struktura. Ono što njegovu teoriju čini osobito zanimljivom jest činjenica da se temelji isključivo na poznatoj fizici i ne zahtijeva uvođenje novih čestica izvan Standardnog modela.
Druga hipoteza: tamna tvar s ruba svemira
U drugom radu, Profumo istražuje sasvim drukčiji scenarij. Tamna tvar, smatra, možda je nastala na samom horizontu svemira, na njegovoj vidljivoj granici, poznatoj kao kozmički horizont. Taj fenomen usporediv je s horizontom događaja kod crnih rupa, ali u mnogo većem mjerilu.
Teorija se temelji na kvantnoj teoriji polja u zakrivljenom prostorvremenu. Prema toj ideji, u trenutku neposredno nakon inflacije svemira mogla je nastati tamna tvar, ako su temperature i omjer energija bili povoljni, a ako je tamna tvar stabilna i gravitacijski proizvedena. U tom bi slučaju, sugerira Profumo, mogla biti “zračenjem izbačena” u postojanje, nalik na toplinsko zračenje koje se pojavljuje uz horizonte događaja.
Spekulativno, ali utemeljeno
“Oba modela su vrlo spekulativna”, priznaje Profumo, “ali nude zatvorene i proračunljive scenarije koji se ne oslanjaju na klasične modele čestične tamne tvari, koji su sve više pod pritiskom zbog nedostatka eksperimentalnih potvrda.”
Oba rada nadovezuju se na dugu tradiciju teorijske fizike sa Sveučilišta u Kaliforniji, Santa Cruz, uključujući doprinos modelu Lambda-CDM, standardnom kozmičkom modelu koji opisuje razvoj svemira.
“Ono što ih čini vrijednima nije samo njihova inovativnost, već i činjenica da ostaju ukorijenjeni u poznatoj fizici, bilo da se radi o kvantnoj teoriji polja u zakrivljenom prostor-vremenu ili svojstvima SU(N) teorija kalibracije”, zaključuje Profumo.
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.
