Velika uganka vesolja: temna snov

foto: Nasa

foto: Nasa

Danes vemo, da je večina snovi v vesolju tako imenovana temna snov, raziskovanje njenih lastnosti pa je ena osrednjih tem vesoljskih raziskav.

Astronomi so za določanje lokacije temne snovi v jati uporabili pojav, ki se imenuje gravitacijsko lečenje. Ko svetlobni žarki potujejo skozi gravitacijsko polje v jati, se ukrivijo, pri čemer se podoba galaksije popači. Prav ta popačenja s precejšnjo verjetnostjo odkrivajo, kje je temna snov razporejena.

Pomagajmo si s prispodobo: predstavljamo si, da naročimo kapučino. Vidimo, da nam natakar ni prinesel prazne skodelice, po obnašanju pene lahko sklepamo na količino in nekatere lastnosti nevidne kave pod njo.

Vseeno pa bomo kavo videli šele, če bomo odpili peno, nato bomo spoznali tudi njen okus. Kot je večina kapučina kava, je tudi večina snovi v vesolju temne. V zadnjih letih smo v raziskavah in razumevanju temne snovi v primerjavi s kapučinom prišli do srebanja pene.

Maruša Bradač, ki je zdaj profesorica na fizikalnem oddelku Kalifornijske univerze v Daviesu, rada poudarja svoje korenine. Letos bo predavala tudi študentom Fakultete za naravoslovje in matematiko v Mariboru. Meni, da je zelo pomemben dober študij, za katerega imajo naši študenti fizike tako v Ljubljani kot Mariboru prav vse pogoje in dobro podlago potem za nadaljnje raziskave in študij v tujini. Pred dobrim letom je poleg astrofizike začela poučevati predmet, ki govori o tem, kako stvari delujejo. Fiziko, ki se je številni študentje bojijo in se jim zdi nekaj abstraktnega, jim želi približati z razlagami iz vsakdanjega življenja, od fizike valov do smučanja in deskanja. Tako kot sta na primer smučanje ali pa ravnovesje sil na klancu fizikalno gledano v bistvu identična pojma, nas pa nedvomno bolj pritegne izraz smučanje. Veliko enostavnih stvari se je naučila tudi sama, na primer, kako odgovoriti na vprašanje, zakaj imajo snežinke šest in ne denimo osem krakov: Gre zato , da ima kristal vode oziroma ledu obliko heksagona in potem na tistih konicah začne snežinka rasti. Prav zaradi tega so vedno šestkrake. Torej, če boste videli osemkrako snežinko zdaj pred božičem, ko boste zavijali, vedite, da ta ni pravilna (Foto:.http://www.physics.ucdavis.edu).

Mnoga vprašanja o vesolju ostajajo torej odprta in eno teh je prav gotovo sestava temne snovi. Pri tem je bil bistven prispevek naše gostje dr. Maruše Bradač.

V preteklosti nedvoumno pokazala, da temna snov za razliko od običajne snovi čuti le gravitacijski privlak. Ugotovila je, da se ob trku skupin galaksij njihova temna snov loči od običajne snovi, ki je izpostavljena tudi negravitacijskim silam. Ti rezultati zbujajo upanje, da bomo naravo temne snovi kmalu bolje razumeli.

Dr. Maruša Bradač, prve domneve o obstoju temne snovi so stare že 78 let. Lahko razložite, kaj je Fritza Zwickyja in Vero Rubin pripeljalo do tako nenavadnega sklepa?

Torej oba Fritz Zwicky in Vera Rubin sta merila hitrosti zvezd in galaksij v samih galaksijah in jatah galaksij in ko sta izmerila te hitrosti, sta ugotovila , da so hitrosti prevelike za to, kar smo vedeli takrat o galaksijah in jatah galaksij. Predstavljajte si to mogoče kot zračnico. Če je v zračnici prevelik tlak, bo zračnica počila – in prav tako seveda v vesolju nimamo zračnic – ampak če se galaksije gibljejo prehitro, potem jih ta težnostni privlak ne more obdržati skupaj in se v bistvu začnejo gibati, ne ostanejo skupaj kot enota in prav zaradi tega sta oba ugotovila, da tako v galaksijah kot v jatah galaksij obstaja snov, ki oboje drži skupaj in prav to snov sta poimenovala temna snov.

Nova opazovanja prvotne domneve potrjujejo, seveda pa so zmožnosti današnjih teleskopov bistveno večje kot nekoč in raziskovanje lastnosti temne snovi je ena osrednjih tem današnjih raziskav vesolja. Se s tem odpirajo tudi bolj vznemirljive možnosti?

Seveda, novi  teleskopi in pospeševalniki prinašajo nove možnosti, te možnosti so trenutno Fermijev teleskop, ki meri, kako temna snov interagira sama s sabo in pa seveda veliki Hadronski pospeševalnik, ki nam bo, upajmo, pomagal izmeriti maso delcev temne snovi.

Trki jat galaksij, ki nam razkrijejo obstoj in lastnosti temne snovi, pomenijo, da je na kupu zelo veliko običajne in temne snovi. Zato so oddaljeni objekti, ki so za jato galaksij, videti popačeni. Je tak pojav gravitacijskega lečenja mogoče preprosto razumeti? Kaj novega se lahko pri tem naučimo?

Že ime pove, lečenje, ta pojav lahko razumemo z navadnim pojavom optike, ki smo ga vsi vajeni, torej navadne leče, samo tukaj je razlika, ker so leče, ki jih imamo, ki jih uporabljamo v vsakdanjem življenju, narejene tako, da slike ne popačijo. V bistvu mi ne želimo, da bi se slika popačila, mi samo želimo videti večje ali bolj ostro. V primeru gravitacijskega lečenja pa pride do popačenja in ta pojav je mogoče razumeti morda z malce drugačno lečo. Če vzamete kozarec vina in pogledate na primer svečo, ne skozi kozarec, ampak skozi podstavek kozarca, boste videli prav te popačitve, ki jih mi opazujemo v jatah galaksij. Pri tem se lahko ogromno naučimo, naučimo se, kako je snov razporejena v jatah galaksij in pa seveda tudi, kako interagira sama s seboj in tudi z navadno snovjo.

Narave temne snovi še ne poznamo, vseeno pa nova opazovanja njene lastnosti vedno bolj opredeljujejo. Je ta snov razporejena gladko ali grudasto, lahko o njej povemo že kaj konkretnega?

Torej snov je razporejena večinoma gladko, ampak ne tako gladko, kot je to na primer pri temni energiji. Še vedno je snov razporejena okoli galaksij, okoli jat galaksij. Kaj lahko povemo še bolj konkretnega? Verjetno je trenutno najbolj zanimivo, da lahko zmerimo lastnosti te temne snovi in kako interagira sama s seboj: pri tem smo namreč ugotovili, da ima temna snov zelo drugačne lastnosti kot snov, ki jo lahko merimo tu na Zemlji in zato odpira nova področja tako fizike osnovnih delcev kot tudi astronomije.

V čem je drugačna?

Drugačna je v tem, da delci ne interagirajo sami s seboj, to pomeni, da ne interagirajo s svetlobo in tudi ne povzročajo trkov sami s seboj. Predstavljajte si, če trčimo oblak plina z drugim oblakom plina, bodo delci interagirali, prišlo bo do trkov, plin se bo segrel, v primeru temne snovi pa se to ne zgodi.

Maruša, decembra odhajate na Havaje, kaj boste počeli tam?

Odhajam na nova opazovanja. Na enem največjih optičnih teleskopov na Havajih bomo opazovali prve galaksije, ki so nastale v vesolju. Gre za izjemno težka opazovanja in upam, da bomo dobili kakšne rezultate.

So tudi povezana z vašo temo, temno snovjo?

Povezana so mogoče ne čisto neposredno, ampak posredno. Uporabljamo lečenje, ki nam, ki ne samo nam omogoča, da vemo, kako je temna snov porazdeljena, ampak ker deluje tako kot navadne leče, nam svetlobo, ki prihaja iz oddaljene galaksije, ojača in s tem lahko opazujemo galaksije, ki jih drugače brez lečenja ne bi mogli.

Maruša Bradač, ki je zdaj profesorica na fizikalnem oddelku Kalifornijske univerze v Daviesu, rada poudarja svoje korenine. Letos bo predavala tudi študentom Fakultete za naravoslovje in matematiko v Mariboru. Meni, da je zelo pomemben dober študij, za katerega imajo naši študenti fizike tako v Ljubljani kot Mariboru prav vse pogoje in dobro podlago potem za nadaljnje raziskave in študij v tujini. Pred dobrim letom je poleg astrofizike začela poučevati predmet, ki govori o tem, kako stvari delujejo. Fiziko, ki se je številni študentje bojijo in se jim zdi nekaj abstraktnega, jim želi približati z razlagami iz vsakdanjega življenja, od fizike valov do smučanja in deskanja. Tako kot sta na primer smučanje ali pa ravnovesje sil na klancu fizikalno gledano v bistvu identična pojma, nas pa nedvomno bolj pritegne izraz smučanje. Veliko enostavnih stvari se je naučila tudi sama, na primer, kako odgovoriti na vprašanje, zakaj imajo snežinke šest in ne denimo osem krakov: ”Gre zato , da ima kristal vode oziroma ledu obliko heksagona in potem na tistih konicah začne snežinka rasti. Prav zaradi tega so vedno šestkrake. Torej, če boste videli osemkrako snežinko zdaj pred božičem, ko boste zavijali, vedite, da ta ni pravilna.