Gdy przyglądamy się zdjęciom przedstawiającym odległe galaktyki zrobione przez Kosmiczne Teleskopy Hubble’a i Jamesa Webba, możemy odnieść wrażenie, że człowiek jest w stanie dostrzec wszystko, co znajduje się we Wszechświecie. Prawdą jest, że od dawna jesteśmy w stanie zaobserwować galaktyki, które są odległe od nas o kilka miliardów lat świetlnych. Jednak nie wszystko jest tak proste, jak się wydaje.
Nie wszystko, co znajduje się w kosmosie, jest widzialne. Przeważa tam ciemna materia, o której wiemy wciąż bardzo mało. Naukowcy mają już pomysł, jak dostrzec tę niewidzialną powłokę we Wszechświecie. O jej występowaniu wiemy tylko wyłącznie, dzięki obserwacjom materii widzialnej, na którą oddziałuje grawitacyjnie. Nie zmienia to faktu, że nie emituje ona światła, również go nie odbija, przez co zbadanie jej jest bardzo trudne. Pomimo wielu badań naukowcom wciąż nie udało się ustalić, z czego składa się ciemna materia. Nie wiadomo także, jak wyglądają jej cząsteczki oraz czy istnieje tylko jej jeden rodzaj.
Nowe odkrycia
W najnowszym artykule naukowym możemy przeczytać, że dzięki fizykom niemieckiego centrum akceleratorów synchrotronowych DESY, potencjalnie może istnieć nowy sposób na odkrycie ciemnej materii. Być może jest to także metoda na dogłębne zbadanie jej tożsamości. Wiele wskazuje na to, że do badania ciemnej materii będzie można użyć detektorów fal grawitacyjnych.
Choć nie udało się jeszcze ustalić, z czego dokładnie składa się ciemna materia, to naukowcy tworzą liczne hipotezy na ten temat. W artykule opublikowanym 2023 roku, niemieccy fizycy teoretyczni przekonują, że zgodnie z licznymi teoriami takie cząstki mogą być bardzo lekkie.
Naukowcy założyli, że owe cząsteczki zachowują się podobnie do klasycznych fal elektromagnetycznych. To z kolei może mieć wpływ na zaskakujące zachowanie ciemnej materii. Naukowcy uważają, że wspomniane cząstki mogą falować podobnie do powierzchni oceanu. Zważając na to, że ciemna materia tworzy swego rodzaju halo, które skupione jest w centrach większych galaktyk. Bardzo możliwe jest również to, że wspomniane falowanie przestrzeni rozciąga się na odległości mierzonych w latach świetlnych. Co to w rzeczywistości oznacza? Jeśli ciemna materia jest tak bardzo lekka i zachowuje się w sposób falowy, teoretycznie jej ruch można wykryć przy pomocy fal grawitacyjnych.
Odkrycie ciemnej materii
Kiedy fala grawitacyjna przechodzi przez fragment kosmosu, delikatnie go odkształca. W konsekwencji tego odległość między zwierciadłami detektora fal grawitacyjnych nieznacznie się wydłuża lub skraca. „Wiązka laserowa odbija się między tymi lustrami, w momencie przejścia fal grawitacyjnej potrzebuje krótszego/dłuższego czasu na pokonanie tejże odległości, co naukowcy są w stanie zarejestrować za pomocą detektorów”.
Autorzy najnowszych badań uważają, że odległość między zwierciadłami detektora może się zmienić. Ma to miejsce nie tylko poprzez przechodzenie fal grawitacyjnych, ale także przez falowanie ciemnej materii. Jej zagęszczenia są w stanie grawitacyjnie przyciągnąć do siebie zwierciadła detektora.
Eksperyment
W ramach eksperymentu naukowcy wpadli na pomysł, by obliczyć, czy istniejące detektory fal grawitacyjnych byłyby w stanie zarejestrować takiego typu odkształcenia czasoprzestrzeni spowodowane przez cząsteczki występujące w ciemnej materii o różnej masie. Badacze przeanalizowali sytuację, w której cząstki miałyby masę od 16 do 28 rzędów mniejszych od masy elektronów.
Naukowcom udało się ustalić, że obecne detektory takie jak LIGO, nie byłyby w stanie wykryć wpływu ciemnej materii na przestrzeń występującą w kosmosie. Na szczęście Europejska Agencja Kosmiczna wydała zezwolenie na stworzenie kosmicznego obserwatorium fal grawitacyjnych LISA. W ramach owej misji zostaną umieszczone trzy satelity w przestrzeni kosmicznej. Razem utworzą trójkąt równoboczny o boku 2,5 miliona kilometrów. Obserwatorium ma być znacznie dokładniejsze od detektorów LIGO. Wiele wskazuje na to,że będzie w stanie także odkryć wpływ falującej ciemnej materii na przestrzeń kosmiczną. Niestety, będziemy musieli poczekać do pierwszej połowy lat trzydziestych, by mieć możliwość przetestowania opisanej wyżej teorii ultralekkiej, falującej ciemnej materii. Bez wątpienia jest na co czekać. Być może pomoże nam to odkryć fascynujące zjawiska w kosmosie, które obecnie wydają się niemożliwe.
Autor: Patrycja Żero
Fot. Canva
