Materia întunecată, misterioasa forţă nevăzută a Universului

Galaxiile prezintă densităţi foarte scăzute de materie. Stelele, praful şi gazul intergalactic sunt extrem de rarefiate în orice tip de galaxie. Pe de altă parte, stelele sunt corpuri de cele mai multe ori extrem de masive, care se află într-o mişcare de rotaţie în jurul centrului galaxiei în care sunt situate. Însă, de cele mai multe ori, vitezele stelelor sunt foarte mari, în raport cu forţele gravitaţionale care ţin materia galaxiei aglomerată. Comportamentul aparent inexplicabil al corpurilor cereşti din interiorul galaxiilor pare a fi lămurit de o forţă omniprezentă în Univers, însă foarte puţin cunoscută până acum: materia întunecată.

Judecând după materia vizibilă din galaxii, forţele atractive care ţin stelele pe orbitele lor, în jurul centrului galactic, sunt insuficiente în raport cu acceleraţiile centrifuge. Mişcarea stelelor ar trebui să le „scoată“ de pe traiectoriile lor actuale şi să le arunce în afara galaxiilor. Potrivit calculelor, forţele centrifugale (de ejectare din orbită) sunt mult mai mari decât gravitaţia existentă în galaxie (cum este ea apreciată după materia vizibilă). Se pune, aşadar, o întrebare legitimă: ce ţine stelele în galaxii?

Există ceva ce nu poate fi văzut

În 1930, un astrofizician suedez, Fritz Zwicky, a propus existenţa unei materii întunecate, care ar ţine, asemenea unui adeziv, întreaga configuraţie a galaxiei. Observând un grup de galaxii aflate în rotaţie, acesta a calculat parametrii de mişcare pe care acest grup ar fi trebuit să îl aibă potrivit legilor newtoniene. Calcule au arătat că fiecare din galaxiile considerate ar fi trebuit să aibă mai multă materie decât cea detectată (prin mijloacele-standard), pentru a putea explica suficient de bine mişcarea lor. Aceasta a fost interpretată ca o dovadă indirectă a faptului că mai există ceva, acolo, în galaxii, care nu se vede, dar care contribuie serios la masa totală a galaxiilor, mărind atracţia gravitaţională cât ea să poată ţine stelele pe orbita lor. Acest „contribuabil“ misterios, care, mult timp, a scăpat observaţiei directe, a primit denumirea de materie întunecată.

Dar, observaţiile arată şi că stelele au vitezele de rota-ţie în jurul centrului galaxiei cu atât mai mari cu cât sunt mai distanţate de el. Or, aceasta face ca galaxia să semene mai mult cu un disc dur, aflat în rotaţie (cu viteze mai mari la periferie, decât în centru), decât cu un vârtej de gaz (unde vitezele de la periferie sunt mai mici decât cele din centru). Însă, materia luminoasă observată este extrem de rarefiată şi nu poate explica „consistenţa“ discului galactic.

Pe de altă parte, măsurători efectuate asupra unor fascicule de lumină ce traversează porţiuni mari din Uni-vers arată că acestea suferă o curbură mult prea mare, ce nu poate fi pusă doar pe seama cantităţii de materie luminoasă. Razele de lumină se curbează mai mult, ca şi cum, în acele zone, ar fi mai multă materie. Curbura suplimentară a traiectoriilor razelor de lumină a fost pusă, de asemenea, pe seama materiei întunecate.

Cunoaştem, până acum, o cincime din ceea ce pare să existe

Ce este materia întunecată? Ştiinţa încă nu are un răspuns pentru această întrebare. Totuşi, câteva răspunsuri s-au dat în această privinţă. Neutrinii pot explica, în parte, materia întunecată, întrucât sunt foarte greu de detectat, au masă nenulă, iar numărul lor mare determină ca ei să contribuie semnificativ la masa totală a Universului. Pe de altă parte, încă nu este o certitudine că găurile negre ar putea fi sau nu depozite de materie întunecată. Însă, chiar luând în considerare contribuţia tuturor acestora, o parte semnificativă din materia întunecată din Univers rămâne fără explicaţii.

După unele aprecieri, chiar 50% din masa aflată în discul galactic este invizibilă. Considerând însă şi celelalte zone, aflate în afara discului Căii Lactee, procentul materiei întunecate devine de cinci ori mai mare decât al celei vizibile!

În prezent, contribuţia materiei întunecate din galaxii este de cinci ori mai mare decât cea a materiei, iar proprietăţile ei reprezintă una dintre marile probleme ale cosmologiei. Nefiind constituită propriu-zis din atomi sau nuclee (motiv pentru care este supranumită materie nebarionică), evaluarea ei reprezintă o adevărată provocare.

Stelele exilate de găurile negre detectează materia întunecată

O descoperire recentă arată că două stele se îndepărtează de centrul Căii Lactee, cu o viteză de aproape două milioane de kilometri pe oră! Aceste două stele care părăsesc galaxia se alătură altor trei, cunoscute până acum, inaugurând o nouă categorie de stele-obiecte cosmice, cunoscute ca fiind stele hiper-rapide ce părăsesc galaxia. În această categorie pot să existe în jur de 1.000 de stele hiper-rapide exilate, un număr totuşi destul de mic, ţinând cont de faptul că, în Calea Lactee, sunt mai mult de 200 de miliarde de stele.

Teoria prezice existenţa acestor obiecte, arătând faptul că ele provin din sisteme binare, din stele duble, care s-au apropiat prea mult de gaura neagră din centrul galaxiei. Atracţia gravitaţională care a cuprins acest sistem aflat în rotaţie, a rupt legătura dintre ele, capturând-o pe cea mai apropiată şi aruncând-o pe cealaltă în direcţia opusă, cu o viteză foarte mare.

Forţa cu care stelele sunt „aruncate“ în afara galaxiei este imensă, având în vedere faptul că unele stele hiper-rapide sunt totuşi chiar şi de patru ori mai masive decât Soarele. Ele ating viteze de peste 1,5 milioane de kilometri pe oră! Faptul că, potrivit observaţiilor, toate aceste stele exilate hiper-rapid, cunoscute până în prezent, au părăsit centrul galaxiei, la momente diferite ale istoriei galaxiei, face ca ipoteza unei explozii de proporţii care să le împingă în afara galaxiilor să fie exclusă.

Dar aceste stele hiper-rapide oferă şi proba unică a structurii galaxiei. În timpul vieţii, ele străbat o mare parte a galaxiei. Parametrii mişcării lor pot oferi date despre forma galaxiei Căii Lactee şi despre modul cum materia întunecată este distribuită în ea.

Tot mai multe indicii despre existenţa materiei întunecate

Un alt indiciu despre existenţa materiei întunecate ar putea fi structura galaxiilor. Plecând de la unele observaţii orientate spre galaxiile mici, s-a descoperit faptul că 9 dintre cele 14 galaxii-satelit (de mici dimensiuni) ale galaxiei Andromeda sunt dispuse în acelaşi plan, chiar în linie dreaptă. De asemenea, Calea Lactee conţine o formă destul de regulată (două plane), unde sunt adunate toate galaxiile-sateliţi. Procesele de formare a galaxiilor, prevăzute de teoriile actuale, nu pot explica în nici un fel atât de multă ordine în arhitectura galaxiilor. De aceea, aceste observaţii propun o întrebare firească: Sunt aceste tipare ordonate (plane, linii drepte), forme-standard de depozitare a materialului galactic? Dacă răspunsul este da, atunci cum se poate explica o astfel de dispunere a galaxiilor-satelit? Una din explicaţii are în vedere că motivul dispunerii bi-plane sau liniare a galaxiilor mici ar putea fi existenţa unor fluxuri („culoare“) de materie întunecată. Practic, galaxiile-satelit ar putea fi scufundate, fixate într-o ţesătură invizibilă gigantică de materie întunecată, care determină acest design.