Američki astrofizičar Ričard Lu tumači da bi gravitacioni efekti koji se pripisuju tamnoj materiji mogli biti rezultat tzv. topoloških defekata u strukturi svemira. Ti defekti nastaju u kompaktnim područjima svemira s visokom gustoćom materije.
Jedna od najintrigantnijih tajni moderne fizike jeste tamna tvar – hipotetski oblik materije koji bi, prema postojećoj teoriji, trebalo da čini oko 85% ukupne mase svemira. Naučnici smatraju da je ona nevidljiva jer ne emituje, ne apsorbuje i ne reflektuje elektromagnetsko zračenje, zbog čega je nije moguće detektovati konvencionalnim teleskopima. Budući da uglavnom ne ulazi u interakcije s vidljivom tvari, osim preko gravitacije, ostala je misteriozna gotovo stotinu godina nakon što je njeno postojanje pretpostavio holandski astronom Jan Ort 1932.
Postoje hipoteze da bi mogla imati vrlo slabe interakcije sa običnom materijom preko nekih neotkrivenih sila ili čestica, što je predmet intenzivnog istraživanja. Zašto se pretpostavlja da tamna tvar postoji? Na njeno postojanje ukazuju gravitacioni efekti koje nije moguće objasniti vidljivom materijom. Naime, astronomska opažanja pokazala su da bi u galaksijama moralo biti više materije, odnosno više mase nego što je ima u vidljivoj tvari. Kada to ne bi bilo tako, zvezde bi se zbog brze rotacije galaksija razletele po svemiru jer gravitacija isključivo vidljive materije nije dovoljna da ih održi na okupu.
Zagolican činjenicom da tamna materija uporno ostaje van dohvata naučnih posmatranja, astrofizičar dr Ričard Lu sa Univerziteta Alabama u Hantsvilu (UAH) je prvi put u časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society predstavio alternativnu mogućnost prema kojoj bi gravitacija mogla postojati i bez mase, što bi eliminisalo potrebu za tamnom tvari.
„Inspiracija je došla iz moje potrage za drugim rešenjem jednačina gravitacijskog polja opšte relativnosti – čija je pojednostavljena verzija, primenljiva na uslove galaksija i jata galaksija, poznata kao Poasonova jednačina – koja daje konačnu gravitacionu silu u nedostatku ma kakve detektabilne mase”, rekao je Ričard Lu. „Ova inicijativa je, pak, podstaknuta mojom frustracijom status quo-om, idejom postojanja tamne tvari uprkos nedostatku ma kakvog neposrednog dokaza tokom celog stoleća.”
Američki astrofizičar tumači da bi gravitacioni efekti koji se pripisuju tamnoj materiji mogli biti rezultat tzv. topoloških defekata u strukturi svemira. Ti defekti nastaju u kompaktnim područjima svemira s visokom gustoćom materije. Oni često imaju oblik kosmičkih niti, no mogli bi imati i oblik sferičnih ljuski. On smatra da su se takve ljuske mogle formirati u razdoblju kosmičke fazne tranzicije – procesa u kojem ceo svemir prolazi kroz promenu stanja materije. To se događa kada se fizički uslovi u menjaju, uzrokujući da se materija preoblikuje na temeljan način. U kontekstu svemira fazna tranzicija može značiti prelazak iz jednog oblika energije ili materije u drugi u ekstremnim uslovima kao što su rani trenuci nakon Velikog praska.
Takve ljuske bi trebale imati unutrašnji sloj pozitivne mase i spoljašnji sloj negativne mase, tako da ukupna masa iznosi – nula. Ipak, tela i zbivanja (objekti) koji bi se našli unutar ljuski doživljavali bi snažnu gravitacionu silu ka središtu ljuski. Ova pojava mogla bi objasniti da gravitacija može postojati i bez stvarne mase. „Trenutno nije jasno koji bi tačan oblik faznog prelaza u svemiru mogao dovesti do topoloških defekata ove vrste”, dodaje Lu.
Tradicionalno, tamna tvar je korišćena za objašnjenje zašto se galaksije drže zajedno i kako svetlost skreće oko velikih struktura u svemiru poput zvezda i galaksija koje deluju kao gravitaciona sočiva. Međutim, pretpostavka naučnika sa Univerziteta Alabama ukazuje da bi te gravitacione efekte mogle izazvati i ogromne ljuske bez mase. Svetlost koja prolazi kroz više takvih ljuski skretala bi prema njihovom centru, ponašajući se kao da na nju deluje gravitacija tamne tvari.
Budući da gravitaciona sila prema opštoj teoriji relativnosti Alberta Ajnštajna podrazumeva savijanje prostor-vremena, ona podstiče sve objekte na interakcije bez obzira imaju li masu ili ne. Primerice, potvrđeno je da fotoni, koji nemaju masu mirovanja, doživljavaju gravitacione učinke astronomskih objekata – njihova putanja zakreće se u blizini velikih svemirskih tela kao što su zvezde ili galaksije jer su ta tela svojom masom zakrivila prostor-vreme. Drugim rečima, gravitacija utiče na zakrivljenost prostor-vremena, a fotoni slede tu zakrivljenost, što dovodi do efekata kao što je gravitaciona leća.
Ričard Lu tumači da gravitaciono savijanje svetlosti pod uticajem koncentričnih pojedinačnih ljuski koje čine galaksiju ili grozd galaksija nastaje zbog toga što je zrak svetlosti malo skrenut ka unutra – to jest, prema središtu strukture velikih razmera ili skupa ljuski – dok prolazi kroz njih: „Ukupan učinak prolaska kroz mnoge ljuske jeste konačan i merljiv ukupan otklon koji oponaša postojanje velike količine tamne tvari na gotovo isti način kao i orbitalne brzine zvezda”.
I npominje da su skretanje svetlosti i orbitalne brzine zvijezda jedini pokazatelji na temelju kojih se meri jačina gravitacionog polja u strukturama velikih razmera, bile to galaksije ili jata galaksija: „Tvrdnja mojeg naučnog rada jeste da su pretpostavljene ljuske bez mase i da stoga nema potrebe za tom naizgled beskrajnom potragom za tamnom tvari”. U budućim istraživanjima on i istomišljenici trebali bi da se usredsrede na pitanje kako se galaksije ili njihova jata formiraju poravnavanjem ovih ljuski i na koji način se odvija evolucija tih struktura.
„Ovaj naučni članak ne pokušava da se pozabavi problemom formiranja struktura. Sporno pitanje jeste da li su ljuske u početku bile ravnine ili čak ravne strune, da bi ih ugaoni momenat savio. Postoji, takođe, pitanje kako potvrditi ili opovrgnuti predložene ljuske temeljnim posmatranjem. Naravno, postojanje drugog rešenja, čak i ako je vrlo sugestivno, nije samo po sebi dovoljno da diskredituje hipotezu o tamnoj tvari – ovo bi u najboljem slučaju moglo biti zanimljiva matematička vežba. No, to je prvi dokaz da gravitacija može postojati bez mase”, zaključuje dr Ričard Lu.
(Ilustracija NASA)
(Indeks)
