Mūsų fizika kažkur klysta? Nauji tyrimai rodo, kad Standartiniame modelyje ir Bendrojoje reliatyvumo teorijoje kažko trūksta (Video)

Visatą veikia nematoma jėga. Mes jos nematome ir nesugebame aptikti. Tačiau galime stebėti jos gravitacinį poveikį dalykams, kuriuos galime matyti ir aptikti – pavyzdžiui, šviesai, rašo „Science Alert“.

Visai neseniai tarptautinė astronomų grupė, pasinaudojusi vienu galingiausių teleskopų pasaulyje, išanalizavo tamsiosios medžiagos poveikį dešimtyje milijonų galaktikų ir įvertino tą poveikį Einsteino bendrosios reliatyvumo teorijos kontekste. Gautas rezultatas – milžiniškas tamsiosios medžiagos žemėlapis, nusidriekęs nuo gilios Visatos senovės iki šių laikų.

Kol kas recenzentai šio mokslinio darbo dar iki galo neįvertino, tačiau jau dabar aišku, kad žemėlapis parodė šį tą netikėto: tamsiosios medžiagos struktūros gali vystytis lėčiau, nei prognozuota teoriškai.

„Jeigu tolesni stebėjimų duomenys patvirtins, kad mes iš tiesų teisūs, tai suteiks pagrindo manyti, kad dabartiniame mūsų Standartiniame modelyje ir Bendrojoje reliatyvumo teorijoje kažko trūksta“, – sakė vienas iš tyrimo autorių, Kavli Visatos fizikos ir matematikos instituto (Japonija) fizikas Chiaki Hikage.

Mes nežinome, kas yra tamsioji medžiaga. Bet žinome, kad gravitacinių efektų, kuriuos stebime savo Visatoje, negalime išskaičiuoti vien iš regimosios medžiagos. Pavyzdžiui, galaktikų sukimosi greitis turėtų būti visai kitoks, jeigu masę galaktikoms suteiktų tik regima medžiaga.

Taip pat žinome, kad gravitacija gali iškreipti mus pasiekiančios šviesos kelią – tai yra vadinama gravitacinio lęšiavimo efektu. Efekto poveikis regimai medžiagai taip pat gali būti panaudojamas tamsiosios medžiagos žemėlapio sudarinėjimui: kai iš sudaryto žemėlapio pašalinate regimosios medžiagos gravitacinį efektą, lieka tik tamsiosios medžiagos gravitacinis efektas.

Tai yra ganėtinai įprastas tamsiosios medžiagos „atradimo“ būdas, kuriuo pasinaudojo ir C.Hikage. Jis su kolegomis Visatos stebėjimui milijardų šviesmečių atstumu panaudojo 8,2 metrų skersmens „Subaru“ teleskopo 870 megapikeslių „Hyper Suprime-Cam“ kamerą.

Kadangi dalis šviesos, kurią užfiksavo šis teleskopas, iki mūsų keliavo taip ilgai, gautame žemėlapyje stebimas vaizdas, buvęs ir prieš milijardus metų. Tai reiškia, kad žemėlapis aprėpia ne tik erdvę, bet ir laiką – parodo Visatos istoriją ir leidžia astronomams matyti, kaip per milijardus metų evoliucionavo tamsioji medžiaga.

Gautas trimatis žemėlapis parodo į gumulus sušokusios tamsiosios medžiagos vaizdą, kuris atitinka ir ankstesnių stebėjimų duomenis, išskyrus vieną elementą – tamsiosios medžiagos struktūrų raidos greitį. Pagal naujajį žemėlapį ši raida yra gerokai lėtesnė, nei rodė ankstesni tyrimų rezultatai ir teorijos.

Skirtumas nėra labai didelis, tačiau pakankamas, kad mokslininkai jį pastebėtų ir atkreiptų į jį dėmesį. Bet pasakyti, ką tai reiškia, jie kol kas negali. Galbūt tai reiškia, kad Standartiniame fizikos modelyje kažko trūksta – o tai būtų labai smagi žinia visiems fizikams. O gali būti, kad tai yra tiesiog stebėjimo duomenų fliuktuacija.

Išsiaiškinimas, kokia yra stebėjimo duomenų ir teorijų neatitikimo priežastis, gali užtrukti. Mokslininkai šį tyrimą vykdo nuo 2014 metų, o iki šiol išanalizuota tik pirmieji 11 procentų kameros užfiksuotų duomenų – o teleskopas vis dar vertina šviesos iškraipymus. Manoma, kad vien stebėjimo darbas – neskaitant duomenų analizės ir vertinimo – baigsis kažkada 2020 metais.

Taigi, fizikams džiaugtis gali būti kiek per anksti, nes iki užtikrintų išvadų dar reikės atlikti daug darbo. Tačiau jau dabar galima pasakyti, kad rezultatai yra įdomūs, tad naujų analizės rezultatų fizikai lauks užgniaužę kvapą.

„Įdėjus šiek tiek daugiau darbo, sugebėjus gauti daugiau tikslumo galėtume atrasti kažką konkretaus. Man tai yra labai motyvuojantis veiksnys“, – sakė C.Hikage.

Tyrimo rezultatai yra priimti publikavimui žurnale „Publication of Astronomical Society of Japan“, nerecenzuotą tyrimo ataskaitos versiją galima peržiūrėti svetainėje „ArXiv“.