Zobaczyć niewidzialną część wszechświata

Kiedyś kosmolodzy „często się mylili, ale nigdy nie mieli wątpliwości”. Dziś mylą się rzadziej, ale wątpliwości są coraz większe.
Po dziesięcioleciach badań z wykorzystaniem coraz lepszych teleskopów, detektorów światła i komputerów wiadomo, że wszechświat narodził się 13 mld 820 mln lat temu. Najprawdopodobniej jako pęcherzyk mniejszy od atomu. Po raz pierwszy astrofizycy zdołali zmapować kosmiczne promieniowanie tła (światło uwolnione, gdy wszechświat miał jedynie 378 tys. lat) z dokładnością do 0,1 proc. Ale stwierdzili także, że wszystkie gwiazdy i galaktyki, które widzą na niebie, stanowią jedynie 5 proc. wszechświata, który jesteśmy w stanie obserwować.
W dodatku niewidzialna większość składa się z 27 proc. ciemnej materii i 68 proc. ciemnej energii – o których na razie nie wiadomo praktycznie nic. Ciemna materia – choć nikt nie wie, czym właściwie jest – według naukowców odpowiada za wyrzeźbienie płaszczyzn i serpentyn galaktyk, które tworzą wielkoskalową strukturę wszechświata. Ciemna energia jest jeszcze bardziej tajemnicza. Termin ten ukuto, aby opisać wszystko, co przyspiesza tempo jego rozszerzania się. Dziś jest „ogólną etykietą określającą wszystko, czego nie wiemy o właściwościach wszechświata w dużej skali”.
Dzisiejszy stan wiedzy kosmologów można by porównać do tej, jaką dysponował Thomas Jefferson w 1804 r., gdy wysłał Meriwethera Lewisa i Williama Clarka na poszukiwanie mamutów włochatych. Ówczesny prezydent Stanów Zjednoczonych i jego współcześni zdawali sobie sprawę, że ogromne połacie Ameryki Północnej od rzeki Missisipi do Oceanu Spokojnego kryć mogą wiele naukowych niespodzianek, ale mieli jedynie mgliste pojęcie o tym, co mogło się tam znajdować. (Czytaj też: Kosmos – obłędnie daleko)
Pierwsze podejrzenia dotyczące wszechobecności ciemnej materii pojawiły się w latach 30. ubiegłego stulecia. Szwajcarski astronom Fritz Zwicky, pracując w Mount Wilson w południowej Kalifornii, zmierzył wówczas prędkości, z jaką galaktyki w gromadzie Coma (321 mln lat świetlnych od Ziemi) obracają się wokół jej centrum. Z jego obliczeń jasno wynikało, że musi ona zawierać o wiele więcej niż to, co widzimy. W przeciwnym wypadku galaktyki już dawno odleciałyby w przestrzeń kosmiczną. Skoro gromada Coma przetrwała miliardy lat – wnioskował Zwicky – mogło to oznaczać tylko jedno: „we wszechświecie obecna jest ciemna materia o gęstości o wiele większej niż gęstość widzialnej materii”. Dalsze badania pokazały, że galaktyki nigdy by nie powstały, gdyby grawitacja ciemnej materii nie zgromadziła podstawowych materiałów do ich budowy.
Ale ciemna materia nie może być po prostu niewidzialną formą zwykłej materii, bo wówczas byłoby jej po prostu za mało. Biliony ciemnych obiektów zbudowanych ze zwykłej materii – m.in. czarne dziury, gwiazdy karły, chmury zimnego gazu i planety wędrowniczki, które zostały „wystrzelone” ze swoich kolebek – nie odpowiadają pięciokrotności masy jasnej materii. Dlatego naukowcy są przekonani, że ciemna materia składać się musi z bardziej egzotycznych materiałów. (Przeczytaj też: Światło na ciemną energię)
Teoretycy pracujący w dziedzinie zwanej supersymetryczną fizyką kwantową wymyślili mnóstwo nieobserwowanych odmian materii, z których jedna lub więcej mogą okazać się ciemną materią. Ale ostatnie wyniki doświadczeń uzyskane za pomocą Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC, ang. Large Hadron Collider) w CERN (Europejska Organizacja Badań Jądrowych) nie napawają optymizmem. Zamiast spekulować, czym ciemna materia naprawdę jest, większość badaczy twierdzi obecnie, że szuka jedynie WIMP, czyli słabo oddziałujących masywnych cząstek (ang. weakly interacting massive particles).
Dowody świadczące o tym, jak słabo ciemna materia oddziałuje nie tylko ze zwykłą materią, ale także sama ze sobą, znaleziono 3 mld lat świetlnych od Ziemi, w gromadzie Pocisk – którą w rzeczywistości tworzą dwie zderzające się ze sobą gromady galaktyk.
To tylko fragment artykułu ze styczniowego numeru "National Geographic Polska", wciąż dostępnego w kioskach w całym kraju.