Wszechświat bez ciemnej materii? Nowa hipoteza wzbudza kontrowersje

Dopiero co oswoiliśmy się z paradygmatem istnienia ciemniej materii we wszechświecie, a już pojawiają się nowe badania i hipotezy, które całkowicie odrzucają ten model kosmologiczny. Czy podręczniki do fizyki znowu trzeba będzie pisać od nowa?

Czy we wszechświecie nie ma ciemnej materii?

Wiemy na pewno, że nasz wszechświat składa się z ok.100 mld galaktyk, z których każda, w zależności od wielkości, składa się z kilkuset miliardów gwiazd, planet, komet i obłoków pyłu gwiezdnego. Czy to dużo? Niekoniecznie. Naukowcy uważają bowiem, że te obiekty stanowią zaledwie 5 proc. materii i energii kosmosu. Skąd to wiedzą? Najkrócej i najprościej mówiąc: z obserwacji ruchu obrotowego galaktyk. Wykazuje ona, że grawitacja jest w galaktykach znacznie większa, niż wynikałoby to z ilości widzialnej, znanej nam materii, którą zawierają. Co jest zatem jest odpowiedzialne za spójność galaktyk? Naukowcy doszli do wniosku, że spoiwem grawitacyjnym jest jakaś materia, która nie emituje i nie odbija promieniowania elektromagnetycznego. Z tego powodu nazwano ją po prostu ciemną materią. Ale to nie jest dobra nazwa, bowiem sugeruje, że ów kosmiczny ,,klej” przypomina znaną nam materię. „Ciemna” materia to jest np. choinka schowana przez większą część roku w ciemnej piwnicy, albo czarna kurtka przechodnia idącego nocą po nieoświetlonej drodze.

Czym zatem jest ta kosmiczna „ciemna materia”? Najwłaściwsza odpowiedź brzmi: nie wiadomo. I nie dlatego, że naukowcom brakuje wiedzy czy wyobraźni, ale dlatego, że ciemna materia wymyka się naszym pojęciom obiektów rzeczywistych. Prócz oddziaływania grawitacyjnego nie wchodzi w żaden sposób w reakcję ze znaną nam materią. Jest jak kosmiczny duch. Wiemy o niej mniej niż o czymkolwiek innym we wszechświecie.

Wszechświat puchnie niczym balonik i czeka go rozdarcie

Jeszcze bardzie tajemnicza od ciemnej materii wydaje się ciemna energia, która ponosi odpowiedzialność za przyśpieszające tempo rozrostu wszechświata. Także jej odkrycie było czysto poszlakowe. Na trop ciemnej energii naprowadziły naukowców supernowe powstałe z układów podwójnych o pewnej określonej masie. Takie układy składają się z olbrzymiej gwiazdy krążącej wokół wspólnego środka z białym karłem, który zasysa z niej zewnętrzne warstwy gazu. Kiedy żarłoczny biały karzeł przekroczy masę 1,44 masy Słońca, nazywaną „granicą Chandrasekhara”, wybucha jak bomba termojądrowa. Przez kilka tygodni jasność tego wybuchu dorównuje łącznej jasności wszystkich pozostałych gwiazd w galaktyce.

Ten specyficzny rodzaj supernowej posiada charakterystyczną jasność absolutną. Dzięki temu używając odpowiednich teleskopów astronomowie mogę wykryć je w każdym zakątku wszechświata i w miarę precyzyjnie określić ich położenie względem galaktyk i innych supernowych tego typu. Nadają się więc idealnie do pomiaru odległości najdalszych galaktyk w kosmosie.

Gdyby nasz wszechświat był stateczny moglibyśmy podziwiać jego spektakularny teatr bez obaw, że kiedyś zniknie nam z oczu. Ale tak nie jest, czego dowiódł w 1929 roku amerykański astronom Edwin Hubble. Zaskoczył on środowisko astrofizyków oświadczając, że odkrył ucieczkę galaktyk we wszystkich możliwych kierunkach. Hubble uznał, że wszechświat się rozszerza.

Czytaj więcej

Odszedł Peter Higgs, odkrywca boskiej cząstki (WIDEO)

Ale czy to jest stała równomierna ekspansja? Wydawało się, że skoro wszechświat narodził się w Wielkim Wybuchu, to jego tempo ekspansji będzie z czasem maleć za sprawą hamującego wpływu przyciągania grawitacyjnego. Jednak w 1988 roku zespół badawczy The Supernowa Cosmology Project, kierowany przez Paula Perlmuttera, dowiódł w oparciu o obserwację wspomnianych supernowych, że tempo ekspansji wszechświata ulega zmianie. Sześć lat później naukowcy z The High Supernova Search Team pod kierownictwem Briana P. Schmidta i Adama G. Riessa potwierdzili wnioski The Supernowa Cosmology Project. Analiza danych wykluczyła jakąkolwiek pomyłkę.

Opinia publiczna przyjęła tę wiadomość dość obojętnie. „Wszechświat się rozszerza? No trudno, zapewne będzie to trwało wiecznie”. Problem jednak w tym, że nie chodzi jedynie o samą ucieczkę galaktyk od siebie w sposób, jakby miały własne silniki i poruszały się w wiecznej pustce, ale o czasoprzestrzeń, czyli spójną tkaninę wszystkiego co istnieje, która powstała w niczym i z niczego w czasie początkowej osobliwości, którą naukowcy żartobliwie nazywają Wielkim Wybuchem. Każda nieustannie rozciągana tkanina kiedyś się rozedrze i tak zapewne stanie się ze wszechświatem, który we wszystkich kierunkach ciągnie lub rozsadza jakaś tajemnicza siła. Ta tajemnicza ciemna energia wcale nie słabnie, ale nabiera siły. Wszechświat puchnie niczym balonik, a punkciki na jego powierzchni nazywane galaktykami coraz bardziej się oddalają od siebie.

A może ciemnej materii w ogóle nie ma?

Zarówno ciemna materia, jak i ciemna energia są dzisiaj stałymi elementami opisu działania wszechświata. Nosi on nazwę modelu Lambda-CDM (Lambda cold dark matter) lub krócej: modelu standardowego kosmologii. Jest to najbardziej akceptowany schemat mechanizmów rządzących wszystkim, co znamy.

Jednak są też naukowcy, którzy ten szablon odrzucają podpierając swoje hipotezy odkrytymi kilka lat temu 19 galaktykami karłowatymi, w których procesy grawitacyjne nie wskazują na istnienie ciemnej materii. Artykuł opublikowany 25 listopada 2017 roku w „Nature Astronomy”, który opisał to odkrycie, zburzył spójny model ewolucji kosmosu postulowany przez takich naukowców, jak choćby kanadyjski kosmolog i laureat Nagrody Nobla z fizyki w 2019 roku, prof. Philip James Edwin Peebles.

Inny kanadyjski naukowiec, adiunkt na Uniwersytecie w Ottawie, prof. Rajendra Gupta, przekonuje, że w kosmosie w ogóle nie ma ciemnej materii. W artykule niedawno opublikowanym w czasopiśmie Astrophysical Journal, prof. Rajendra Gupta przedstawił swój model wszechświata wykorzystujący kombinację dwóch teorii zwanych „współzmiennymi stałymi sprzężenia” (CCC) i „zmęczonym światłem” (TL). Istotą tego schematu jest założenie, że siły natury maleją w czasie kosmicznym, a światło traci energię pokonując duże odległości.

Czytaj więcej

Badania neutrin pomogą rozwiązać zagadkę powstania wszechświata

„W standardowej kosmologii mówi się, że przyspieszona ekspansja Wszechświata jest spowodowana ciemną energią, ale w rzeczywistości jest skutkiem osłabienia sił natury. Rozszerza się, ale nie z powodu ciemnej energii” – twierdzi Gupta.

Na poparcie swojej hipotezy wskazał na „przesunięcia ku czerwieni”, czyli czerwienienia światła odległych galaktyk w miarę ich oddalania się. Symulacje Gupty, które biorą pod uwagę rozchodzenie się galaktyk i ewolucję światła wczesnego Wszechświata, byłyby prawidłowe pod jednym warunkiem: wszechświat musiałby być dwukrotnie starszy. I to właśnie postuluje Gupta. Jego hipoteza radykalnie eliminuje istnienie ciemnej materii, a jednocześnie jest zgodna z kluczowymi obserwacjami kosmologicznymi.

Środowisko naukowe podchodzi do hipotezy prof. Gupty z dużą ostrożnością. Ten umiarkowany sceptycyzm najlepiej wyraziła profesor Tamara Davis z Uniwersytetu w Queensland. W wywiadzie dla magazynu „Cosmos” powiedziała: „Niezwykłe twierdzenia wymagają niezwykłych dowodów. Teorię Gupty należy przetestować na różne sposoby”. Na razie jego model pozostaje tylko konkurencyjną hipotezą wobec konwencjonalnego rozumienia wszechświata. Rzuca jednak nowe światło na badania podstawowych właściwości wszechświata.