Astronaujiena. Ir vėl dingo tamsioji materija

Pastaruoju metu tamsioji materija išgyvena kažkokią tapatybės krizę – bent kas porą mėnesių kur nors žiniasklaidoje pasigirsta pranešimų, kad „tamsioji materija neegzistuoja“. Kai tokios spekuliacijos paneigiamos (geresnių tyrimų arba tiesiog parodant tų naujų hipotezių klaidas), spauda paprastai nepraneša, taip tik suteikdama peno konspiracijų teorijoms apie „mokslininkų sąmokslą“, kuris „nepripažįsta kritikos“ ir panašiai. Naobetačiau šįkart rašysiu ne apie konspiracijas, o apie dar vieną pranešimą, kurį šiandien perspausdino ir Lietuvos žinių portalai.

Vertimas pakankamai neblogas, angliškas tekstas populiariai idėją taip pat pristato, taigi visų detalių neperrašinėsiu. Pati tyrimo esmė tokia: stebint kelių šimtų žvaigždžių, esančių sąlyginai netoli Saulės, judėjimą statmena Galaktikos disko plokštumai kryptimi, buvo nustatytas medžiagos paviršinis tankis (t.y. tankis, tenkantis Galaktikos disko ploto vienetui) Saulės apylinkėse, bei to tankio priklausomybė nuo to, kokio storio plokštumą „iškirpsime“ abipus disko simetrijos ašies. Gauti rezultatai ir jų interpretacija pateikiami straipsnyje, iš kurio pasivogiau vieną grafiką iliustracijai.

Horizontalioje ašyje – aukštis virš Galaktikos plokštumos (kiloparsekais), vertikalioje – paviršinis materijos tankis (Saulės masėmis kvadratiniam parsekui). Juoda linija – stebėjimų duomenys, aplink yra statistiniai 1 ir 3 sigmų nuokrypiai. Pilkos linijos rodo keturių tamsiosios materijos halo modelių išdavas ir regimosios materijos tankį. ©Moni Bidin et al. (2012)

Grafikas vaizduoja iš stebėjimų apskaičiuotus duomenis (juoda linija, punktyrais pažymėtos paklaidų ribos) ir įvairių modelių nuorodomas tankio vertes. Modelis, pažymėtas „VIS“, atitinka tik regimąją materiją – žvaigždes, dujas ir dulkes. Kitos pilkos linijos atitinka skirtingus tamsiosios materijos halo modelius. Matome, jog stebėjimų duomenys beveik tiksliai atitinka regimosios materijos pasiskirstymą, o nuo tamsiosios materijos galo modelių skiriasi reikšmingai – daugiau nei trimis sigmomis.

Ką tai gali reikšti? Beveik neabejotina išvada, gaunama vien iš šių duomenų ir neatsižvelgiant į galimas interpretacijos ir skaičiavimų klaidas, yra ta, kad Saulės aplinkoje tamsiosios materijos yra labai mažai, gerokai mažiau, nei teigia modeliai. Tai reiškia, kad bandymai, kuriais tikimasi tiesiogiai aptikti tamsiosios materijos signalus, tą padaryti turi dar mažiau šansų, nei buvo galvota, pasiremiant teoriniais halo modeliais.

Kokios tolesnės išvados? Gal tamsioji materija išvis neegzistuoja? Tokia tikimybė yra, bet ji labai nedidelė. Turint omeny, kad tamsiosios materijos teorija labai gerai paaiškina gausybę Visatos savybių, išmesti visa tai dėl vieno eksperimento duomenų būtų mažų mažiausiai nutrūktgalviška. Tuo labiau, kad ir šis tyrimas, kaip ir daugybė anksčiau atliktų, patvirtina, jog Saulės ir aplinkinių žvaigždžių judėjimas aplink Galaktikos centrą apskritimine orbita neįmanomas, jei arčiau centro nėra didelio kiekio nematomos medžiagos (maždaug antra tiek, kiek ir matomos). Tolyn nuo centro santykinė nematomos medžiagos įtaka tik didėja. Aišku, tai yra tiesa tik tokiu atveju, jei Galaktikos mastu galioja Niutono mechanika. Jei ji negalioja, t.y. reikalingos kažkokios korekcijos (modifikuota gravitacija arba modifikuota dinamika, arba dar kas nors baisaus), tada gali būti ir visai kitaip.

Kaip suderinti šiuos du teiginius? Juk negali būti taip, kad Galaktikos tamsiosios materijos pilna, o štai Saulės aplinkoje jos kažkodėl nėra. Viena hipotezė, kurią pateikė straipsnio autoriai, yra kad mūsų Galaktikos tamsiosios materijos halas yra labai išsitempęs statmenai Galaktikos plokštumai (forma primena kiaušinį). Tokiu atveju jo tankis Galaktikos plokštumoje sparčiai mažėja, didėjant atstumui nuo centro, ir ties Saule jau gali būti sumažėjęs iki gerokai mažesnių verčių, nei reikalauja apytikriai sferiniai modeliai, pavaizduoti grafike. Visgi čia iškyla problema, kad kompiuterinis modeliavimas rodo, jog taip išsitempę tamsiosios materijos halai turėtų būti be galo retas reiškinys, tad būtų keista, jei mes gyventume kaip tik tokį halą turinčioje Galaktikoje.

Kitas galbūt įmanomas paaiškinimas (mano spekuliacija) būtų toks, kad dėl kažkokių priežasčių (pavyzdžiui dinaminės sąveikos tarp dujų/žvaigždžių ir tamsiosios materijos dalelių) tamsiosios materijos tankis yra gerokai mažesnis nei regimosios tuose regionuose, kur tos regimosios materijos yra daug. Galaktikos diskas – vienas toks regionas, taigi iš ten tamsioji materija gali būti „išstumta“. Tik čia iškyla problema, kad tyrime nustatytas materijos tankis iki keturių kiloparsekų aukščio virš disko plokštumos, o diskas tęsiasi gal tik porą kiloparsekų. Taigi aukščiau turėtų matytis tamsiosios materijos poveikis, bet jo nesimato.

Tai kur teisybė? Ogi neaišku. Geriausias tolesnis žingsnis dabar būtų pakartoti tyrimą, išplečiant stebimą erdvę tolyn Galaktikos centro link (ir kitomis kryptimis taip pat). Tada galėtume susidaryti kažkokį vaizdą apie materijos tankio svyravimus Galaktikos diske, kuris galbūt leistų nustatyti ir tamsiosios materijos halo formą. Taip pat būtų šaunu, jeigu pavyktų materijos tankį išmatuoti kokiu nors kitu, nepriklausomu, būdu – taip būtų patikrinti šio tyrimo rezultatai. Tačiau kol kas galime tik laukti. Jei bus kokių naujienų šiuo klausimu – pasistengsiu nepamiršti pranešti :)

Laiqualasse

P.S. Apdeitas 04-20: prie UniverseToday straipsnio apie šitą reikalą užsimezgė keletas diskusijų (tarpe delfio lygio, tik gal kiek gramatiškesnių, komentarų). Kai kur ten figūruoja asmuo, pasivadinęs Torbjörn Larsson. Neįsivaizduoju, kas jis toks, bet jo komentarai man patiko. Jų esmė – straipsnio autoriai iš adatos skaldo vežimą; praktiškai tokie patys dalykai apie vertikalų žvaigždžių judėjimą žinomi jau beveik dešimtmetį; tačiau vertikalaus judėjimo analizė yra labai nepatikima, siekiant nustatyti tikrą materijos pasiskirstymą.

10 comments

  1. O man kažkaip arčiausiai dūšios tas variantas, kad Niutono mechanika galaktikos mastu negalioja, o jei ir galioja – tai su nemenkomis korekcijomis. Argumentų neturiu, my gut tells me :)

    1. O man irgi skrandis teigia, kad visgi Niutono mechanika galioja. Bet irgi – rimtų argumentų neturiu, tik tiek, kad kol kas alternatyvios mechanikos teorijos stebėjimus paaiškina gerokai prasčiau, nei tamsmaterija.

        1. Nors visgi pagalvojau, kad vertėtų išplėsti mintį. Neturiu jokio argumento, kuris vienareikšmiškai įrodytų, kad tamsioji materija yra teisinga ir tiksli teorija. Aišku, tokie argumentai moksle neįmanomi, bet retas tą supranta. Taigi neatmetu galimybės, jog ateityje paaiškės, kad šiandieninis supratimas apie Visatos sandarą yra smarkiai nepilnas ir, siekiant paaiškinti galaktikų judėjimą, jų būriavimąsi į spiečius, gravitacinį lęšiavimą irba dar ką nors, reikia (ir) kitokių ingredientų (pavyzdžiui, modifikuotos gravitacijos). Be to, nesu rimtai domėjęsis modifikuotos gravitacijos/dinamikos teorijų įvairove ir tyrimais joms patikrinti, taigi *mano* argumentų neturėjimas nereiškia, kad jų išvis nėra.

              1. Argi moksliška yra operuoti sąvokomis, kurios net apibrėžimų neturi? Tapatu religijai.

                Ps – sunku sekti komentarus, kažkodėl negaunu į mailą žinučių, pasitikrink nustatymus.

                1. Bitch please, kas čia apibrėžimų neturi?

                  Dėl komentarų keista, nieko tuo klausimu nejunginėjau. Bet ištryniau vieną (išjungtą) plūgą, su tuo truputį susijusį, gal kažkas pasikeis.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *