Este materia întunecată o iluzie pentru știință
Fizicianul teoretic Erik Verlinde sugerează că gravitația este un fenomen emergent și că materia întunecată nu există. Această idee tocmai a trecut un prim test de succes.
- Stare de nervozitate
- Google +
- La imprimare
Un pionier ignorat
De atunci, materia întunecată a devenit un ingredient omniprezent în astronomie și cosmologie. Reprezintă 25% din conținutul Universului, de cinci ori mai mult decât materia obișnuită. Acesta explică mișcarea de rotație a galaxiilor spirale, dar și dinamica grupurilor de galaxii, anumite efecte ale lentilelor gravitaționale, formarea de structuri mari în Univers în care galaxiile sunt grupate sau spectrul anizotropiilor din fundalul cosmic difuz., Adică distribuția neregulilor de temperatură în prima radiație emisă de Univers, când avea o vechime de 380.000 de ani. Dar dacă materia întunecată pare esențială pentru a explica toate aceste observații, natura ei rămâne necunoscută.
Experimente ținute sub control
În majoritatea modelelor, materia întunecată este alcătuită din particule exotice, încă necunoscute, dar potențial observabile. Experimentele de detectare directă se bazează pe ideea că aceste particule de materie întunecată pot interacționa - deși foarte rar - cu materia obișnuită. Deci, cu un detector suficient de mare și multă răbdare, ar trebui să fie posibil să se vadă o particulă de materie întunecată care se prăbușește într-o particulă obișnuită de materie. Mai multe echipe din întreaga lume își îmbunătățesc în mod constant detectoarele. Experimentele LUX, în Statele Unite sau PandaX, în China, au făcut posibilă plasarea unor constrângeri atât de puternice asupra anumitor modele de materie întunecată, wimps (particule masive care interacționează slab), încât acest tip de candidat este acum în dificultate.
Niciun semnal nu a fost observat până acum în acceleratoarele de particule, în special la LHC, unde se speră să creeze materie întunecată în timpul coliziunilor de protoni cu energie foarte mare. Nici în razele cosmice, dintre care unele ar putea rezulta din anihilarea particulelor de materie întunecată în regiuni ale cosmosului unde este prezentă în cantitate. Rezultatele experimentului AMS - instalat în Stația Spațială Internațională -, publicat în decembrie 2016 după cinci ani de observație, ar putea fi compatibile cu un wimp cu o masă de aproximativ un teraelectronvolt, dar este încă prea devreme pentru a fi spus. posibilitatea ca semnalul observat să provină de la pulsari, stele dense, cu rotație rapidă, care emit un flux de particule.
Pe scurt, niciun experiment nu a furnizat încă o indicație solidă a existenței particulelor de materie întunecată. Cele mai simple modele par a fi excluse, dar fizicienii sunt încă departe de a elimina toate posibilitățile.
Ipoteza materiei întunecate se confruntă cu alte provocări. Dacă ideea a apărut în urma studierii profilurilor de viteză ale galaxiilor spirale, tot în aceste structuri este subminată. De exemplu, conform simulărilor numerice, materia întunecată ar trebui să se acumuleze în exces în centrul galaxiilor, în proporții incompatibile cu observațiile. Și, în prezența materiei întunecate, simulările prezic formarea multor galaxii satelit mici în jurul galaxiilor spirale. Cu toate acestea, știm doar vreo douăzeci în jurul Căii Lactee, în loc de câteva sute așteptate. Unii fizicieni cred că această din urmă problemă este observațională: aceste galaxii satelit foarte slabe ar scăpa în continuare de privirea astronomilor. O explicație întărită de descoperirea în 2015 a 11 galaxii pitice.
În plus, în octombrie anul trecut, Stacy McGaugh, de la Case Western Reserve University, din Statele Unite, și colegii ei au comparat, în 153 de galaxii cu caracteristici foarte variate, accelerația centripetă (legată de forța gravitațională) dedusă din profilul vitezei stelelor vizibile corespunzând tuturor materiilor obișnuite plus materiei întunecate și părții calculate a accelerației centripete produse numai din materia obișnuită. Ei au demonstrat astfel că aceste două accelerații sunt legate printr-o formulă destul de simplă. Ele nu sunt egale, ceea ce sugerează că este nevoie de materie întunecată pentru a descrie profilul de viteză al galaxiilor spirale. Dar nu există nici un motiv evident pentru ca aceste două accelerații să fie corelate printr-o relație simplă, știind că au fost calculate în galaxii mai mult sau mai puțin bogate în materie întunecată. Acest lucru ar necesita o legătură între distribuția materiei obișnuite și cea a materiei întunecate, în timp ce aceste două componente interacționează foarte slab, numai prin interacțiunea gravitațională (și posibil prin interacțiunea slabă). Cum să-l explic ?
Două echipe au arătat deja că simulările cu materia întunecată pot reproduce relația evidențiată de Stacy McGaugh și colegii ei. Ei iau în considerare efectele de feedback ale materiei obișnuite asupra materiei întunecate. Rămâne să arătăm că rezultatul lor este universal și se aplică galaxiilor reale cu proprietăți variate.
Regatul galactic al lui MOND
În contrast, rezultatul lui Stacy McGaugh se potrivește perfect cu o teorie care concurează cu materia întunecată, teoria MOdified Newtonian Dynamics (MOND). Aceasta a fost propusă de Mordehai Milgrom, de la Institutul Weizmann, din Israel, în 1983. Presupune că a doua lege a lui Newton (suma forțelor care se aplică unui sistem este egală cu produsul masei și al accelerației) nu mai este valabilă și trebuie corectat atunci când accelerațiile sunt foarte scăzute, sub un anumit prag mai multe ordine de mărime mai mici decât gravitația Pământului. Un astfel de regim ar fi într-adevăr în vigoare în părțile exterioare ale galaxiilor spirale, iar această gravitație modificată ar explica profilul vitezei măsurat de Vera Rubin fără a fi nevoie să recurgă la materia întunecată.