Znanstvenici već desetljećima pokušavaju otkriti poštuje li tamna tvar ista fizička pravila kao i obična tvar, ili na nju djeluju i druge, još nepoznate sile. Ova nevidljiva, hipotetska tvar koja ne emitira ni ne reflektira svjetlost čini čak pet puta više mase od sve vidljive materije, ali njezino se ponašanje i dalje ne može u potpunosti objasniti.
Tim istraživača s Sveučilišta u Ženevi (UNIGE) pokušao je na kozmičkoj razini otkriti ponaša li se tamna tvar poput obične ili je pod utjecajem dodatnih sila. Njihovi rezultati, objavljeni u časopisu Nature Communications, sugeriraju da tamna tvar slijedi iste zakone gravitacije kao i vidljiva tvar, ali ostavljaju otvorenom mogućnost postojanja još neotkrivene interakcije.
Kako tamna tvar podliježe gravitaciji
Sva nama poznata tvar, od atoma do galaksija, podliježe djelovanju četiri osnovne sile: gravitacije, elektromagnetizma te jake i slabe nuklearne sile. Tamna tvar, međutim, ostaje enigma. Iako je ne možemo izravno promatrati, znamo da stvara gravitacijske učinke koji oblikuju galaksije i kozmičku mrežu. No pitanje je, upravlja li njome samo gravitacija, ili i neka “peta sila” koja je zasad izvan dosega fizike?
Kako bi to provjerili, istraživači sa Sveučilišta u Ženevi proučili su ponaša li se tamna tvar u gravitacijskim poljima isto kao i obična tvar. Masivna tijela zakrivljuju prostorvrijeme i stvaraju gravitacijske udubine u koje materija “tone” pod utjecajem gravitacije. Zvijezde, planeti i međuzvjezdani plin gibaju se u skladu s tim zakonima, koje opisuju Einsteinova opća teorija relativnosti i Eulerove jednadžbe. Ako tamna tvar podliježe istim pravilima, njezino bi se gibanje moglo točno predvidjeti. No ako na nju djeluje i neka dodatna sila, ona bi morala promijeniti brzine i raspodjelu galaksija u svemiru.
“Usporedili smo brzine galaksija u svemiru s jačinom gravitacijskih polja”, objašnjava Camille Bonvin, izvanredna profesorica na Odsjeku za teorijsku fiziku Prirodoslovno-matematičkog fakulteta Sveučilišta u Ženevi i suautorica studije. “Ako tamna tvar ne podliježe djelovanju neke dodatne sile, galaksije, koje se uglavnom sastoje od tamne tvari, kretat će se isključivo pod utjecajem gravitacije. No ako postoji još jedna sila, ona bi morala utjecati na njihovo gibanje.”
Gravitacija i dalje vodi glavnu riječ
Analizom dostupnih kozmoloških podataka tim je zaključio da se tamna tvar doista ponaša poput obične: podliježe gravitaciji i slijedi zakone gibanja koje opisuju Eulerove jednadžbe. Drugim riječima, zasad nema dokaza o postojanju dodatne sile koja bi na nju djelovala.
“Ipak, ovi rezultati još uvijek ne isključuju mogućnost nepoznate interakcije”, kaže Nastassia Grimm, glavna autorica rada, bivša poslijedoktorandica na Sveučilištu u Ženevi, a sada istraživačica na Institutu za kozmologiju i gravitaciju Sveučilišta u Portsmouthu. “Ako peta sila postoji, njezina snaga ne može biti veća od sedam posto jačine gravitacije, u suprotnom bismo je već uočili u našim analizama.”
Ovi prvi rezultati predstavljaju važan korak prema boljem razumijevanju prirode tamne tvari. Sljedeći izazov bit će preciznijim mjerenjima otkriti i najslabije tragove moguće dodatne sile.
“Nadolazeći projekti poput LSST-a i DESI-ja bit će dovoljno osjetljivi da prepoznaju učinke koji čine tek dva posto gravitacijske sile”, zaključuje Isaac Tutusaus, istraživač pri ICE-CSIC i IEEC te izvanredni profesor na IRAP-u Sveučilišta u Toulouseu. “Ti će podaci možda po prvi put omogućiti da doista shvatimo kako se tamna tvar ponaša, i je li gravitacija doista jedina sila koja upravlja svemirom.”
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.
