A sötét anyag az univerzum körülbelül 27%-át teszi ki a kutatók szerint, a maradék 68% a sötét energia, és mindössze 5% a normál, látható anyag, amiből a csillagok, holdak, bolygók vagy éppen az emberek épülnek fel. A sötét anyag nem igazán sötét, hanem inkább láthatatlan, mert nem nagyon lép interakcióba a normál anyaggal, nem nyeli el vagy tükrözi vissza a fényt olyan mértékben, hogy megfigyelhetővé váljon. A sötét anyagot azonban mégis valódinak, adottnak, sőt, a kozmosz alapvető építőelemének tartja a tudósok többsége. Honnan tudjuk, hogy a sötét anyag létezik?

A csillagászok és a NASA válasza a kérdésre tulajdonképpen egyszerű: a hatása miatt, amit a látható és mérhető anyagra gyakorol.

A sötét anyag nélkül nehezen lehetne megmagyarázni a csillagok mozgását a galaxisokon belül, de az újabb űrbeli teleszkópok segítségével már a felvételeken is láthatóak olyan objektumok, amelyek jellemzői (például, ahogyan a fény elhajlik körülöttük) a sötét anyag jelenlétére utalnak. A Chandra Röntgenteleszkóp segítségével azt is feltérképezték, hogy milyen lehet az eloszlása ennek az ismeretlen anyagnak a masszív galaxisklasztereken belül, az eredmények alapján pedig kikövetkeztették, hogy a teljes univerzumban az úgynevezett hideg sötét anyag az összes anyag 80%-át teszi ki.

A hideg sötét anyag valójában nem hideg, ez az elnevezés arra a sebességre utal, amivel az anyag részecskéi évmilliárdokkal ezelőtt mozogtak a galaxisok formálódásának idején: a hideg sötét anyag lassabban, a forró sötét anyag gyorsabban mozgott. Az elméletek sok mindent megmagyaráznak a sötét anyaggal kapcsolatban, de azt még mindig nem tudjuk pontosan, hogy valójában mi is az a sötét anyag, miből áll, vagy “hogyan működik”. A CDM (cold dark matter, hideg sötét anyag) szerepére több potenciális és népszerű jelölt is pályázik, köztük az axionok, a WIMP (weakly interacting particle) és a MACHO-k (massive astrophysical compact halo objects) - utóbbiak olyan masszív objektumok, mint például a fekete lyukak, amelyek körül nem található anyag, amit elnyelhetnének, és nem bocsátanak ki semmilyen fényt, bár a MACHO-k sötét anyag mivoltát a UC Berkeley leírása szerint már többé-kevésbé kizárták az elmúlt évtizedek kutatásainak eredményeképpen.

“A sötét anyag fizikája nyitott kérdés”

- mondják a Dartmouth College kutatói, akik most egy új teóriával és új jelölttel álltak elő a hideg sötét anyaggal kapcsolatban.

Elméletük szerint a sötét anyag akkor született, amikor a korai univerzumban a nagy energiájú, tömeg nélküli részecskék ütköztek, elvesztették a lendületüket és párokba álltak, ezáltal pedig masszív, sűrű anyagot hoztak létre. “A kozmoszt forró, gyorsan mozgó részecskék uralták az ősrobbanásnak nevezett energiarobbanás után, ami a kutatók szerint az univerzum tágulását eredményezte 13,7 milliárd évvel ezelőtt. Ezek a részecskék hasonlítottak a fotonokra, a fény alapvető alkotórészét kitevő, tömeg nélküli részecskékre.” - írja a Dartmouth College. Ebben a kaotikus környezetben kezdtek összekapcsolódni a részecskék az ellentétes spinjük, perdületük miatt. Az univerzum tágulása és a részecskék hűlése létrehozta azt a hideg, tehát lassabb mozgású anyagot (kondenzátumot), amit CDM-nek nevezünk. Az interakcióba lépő fermion részecskékből álló sűrű anyag az Amerikai Fizikai Társaság magyarázata szerint hasonló a Bardeen-Cooper-Schrieffer elmélet Cooper-párjaihoz, vagyis a párokba rendeződő szupravezető elektronokhoz. A szupravezetés nyomravezető jel lehet azzal kapcsolatban, hogy vajon lehetséges-e, hogy bizonyos interakciók az energia ennyire hirtelen bekövetkező csökkenését eredményezzék - mondják a kutatók - “A Cooper-párok bizonyítják, hogy a mechanizmus létezik.”

Az elmélet különlegességét az adja, hogy potenciálisan tesztelhető, mivel a kozmikus háttérsugárzásban akár látható, egyedi lenyomatot is hagyhat ez a típusú sötét anyag, illetve az alapjaként szolgáló fermionok.

A Λ⁢CDM kozmológiai modellt széles körű, megfigyeléseken és kísérleteken alapuló adatok támogatják. Mégis, a két fő összetevőjének, a 25%-ot kitevő hideg sötét anyagnak (CDM) és a 70%-nyi, kozmológiai állandó-szerű sötét energiának (Λ) a természete megfoghatatlan marad számunkra

- mondják a tanulmány szerzői. Az új elmélet talán egy lépéssel közelebb vihet a sötét anyag, és ezáltal az egész univerzum működésének megértéséhez.

(Fotó: A. Rizzo, 10.13140/RG.2.2.31026.62402/CC BY-NC-ND 4.0, NASA's Goddard Space Flight Center, geralt/Pixabay)