În căutarea materiei întunecate și ce am aflat până acum

Aproximativ 85 la sută din masa universului este „materie întunecată”, materie misterioasă care nu poate fi observată direct, dar are o influență imensă asupra cosmosului. Ce este exact această ciudățenie și ce are de-a face cu existența noastră? Astrofiziciana Risa Wechsler explorează de ce materia întunecată poate fi cheia pentru a înțelege modul în care s-a format universul, și împărtășește modul în care fizicienii din laboratoarele din întreaga lume vin cu modalități creative de a o studia.

V-ați gândit vreodată la ce s-ar întâmpla

dacă lumea ar fi puțin diferită?

Cum ar fi viața voastră diferită

dacă v-ați fi născut acum 5.000 de ani

în loc de azi?

Cum ar fi diferită istoria

dacă continentele s-ar afla
la latitudini diferite

sau cum s-ar fi dezvoltat
viața în sistemul solar

dacă Soarele ar fi
cu 10 la sută mai mare?

Ei bine, jucându-mă
cu aceste tipuri de posibilități

e ceea ce fac ca profesie,

dar cu întregul univers.

Fac modele de universuri
într-un computer.

Universuri digitale care au
puncte de pornire diferite

și sunt realizate din cantități
diferite de diferite tipuri de materiale.

Și apoi compar
aceste universuri cu al nostru

pentru a vedea
din ce este făcut și cum a evoluat.

Acest proces de testare a modelelor
prin măsurători ale cerului

ne-a învățat enorm de multe
despre universul nostru.

Unul din cele mai ciudate
lucruri pe care le-am învățat

este că cea mai mare parte
a materiei din univers

este formată din ceva
complet diferit de voi și mine.

Dar fără ea,

universul așa cum
îl cunoaștem nu ar exista.

Tot ce putem vedea cu telescoape

constituie aproximativ 15 la sută
din masa totală a universului.

Restul, 85 la sută din ea,

nu emite și nu absoarbe lumină.

Nu o putem vedea cu ochii noștri,

nu o putem detecta cu unde radio

sau microunde
sau orice alt tip de lumină.

Dar știm că este acolo

din cauza influenței ei
asupra a ceea ce putem vedea.

Este un pic ca și cum,

ați vrea să cartografiați
suprafața planetei

și totul de pe ea

folosind această imagine
a Pământului din spațiu noaptea.

Obțineți câteva indicii
de acolo de unde este lumina,

dar sunt multe
pe care nu le puteți vedea,

totul, de la oameni la lanțuri montane.

Și trebuie să deduceți
ce există din aceste indicii limitate.

Noi numim aceste lucruri nevăzute
„materie întunecată”.

O mulțime de oameni
au auzit despre materia întunecată,

dar chiar dacă ați auzit,

probabil pare ceva abstract,

îndepărtat, probabil chiar irelevant.

Ei bine, lucrul interesant

e că materia întunecată e
pretutindeni în jurul nostru

și probabil chiar și aici.

De fapt, particulele de materie întunecată

probabil că trec
chiar acum prin corpul vostru

în timp ce stați în această cameră.

Pentru că suntem pe Pământ

iar Pământul se învârte în jurul Soarelui,

iar Soarele se rotește
prin galaxia noastră

cu aproximativ 820.000 Km pe oră.

Dar materia întunecată nu intră în noi,

pur și simplu trece prin noi.

Deci cum aflăm mai multe despre ea?

Ce este,

și ce legătură are cu existența noastră?

Ei bine, pentru a ne da seama
cum am ajuns să existăm,

trebuie mai întâi să înțelegem
cum a apărut galaxia noastră.

Aceasta este o imagine a galaxiei noastre,
Calea Lactee, astăzi.

Cum arăta acum 10 miliarde de ani,

sau cum va arăta peste 10 miliarde de ani?

Dar poveștile

despre sutele de milioane de alte galaxii

pe care deja le-am cartografiat
prin cercetări ample ale cerului?

Cum ar fi diferite istoriile lor

dacă universul era făcut din altceva

sau dacă era mai multă
sau mai puțină materie în el?

Deci, lucrul interesant
despre aceste modele de universuri

este că ne permit
să testăm aceste posibilități.

Să revenim la primul
moment al universului

la doar o fracțiune de secundă
după Big Bang.

În acest prim moment,

nu era deloc materie.

Universul se extindea foarte repede.

Și mecanica cuantică ne spune

că materie este creată și distrusă

tot timpul, în fiecare clipă.

În acest moment,
universul se extindea atât de repede

încât materia ce a fost creată
nu putea fi distrusă.

Astfel, credem că toată materia
a fost creată în această perioadă.

Atât materia întunecată

cât și materia obișnuită
care ne compune pe voi și pe mine.

Acum, să mergem un pic mai departe

undeva după crearea materiei,

după formarea protonilor și neutronilor,

după formarea hidrogenului,

la aproximativ 400.000 de ani
după Big Bang.

Universul era cald și dens
și cu foarte neted,

dar nu perfect neted.

Această imagine, realizată cu un
telescop spațial numit satelitul Planck,

ne arată temperatura universului

în toate direcțiile.

Și ceea ce vedem

este că erau locuri puțin mai calde

și mai dense decât altele.

Petele din această imagine

sunt locurile unde au existat mai multă
sau mai puțin masă în universul timpuriu.

Aceste locuri s-au mărit
din cauza gravitației.

Universul s-a extins
și a devenit tot mai puțin dens

în ultimii 13,8 miliarde de ani.

Dar gravitația
a muncit din greu în acele locuri

unde era ceva mai multă masă

și a tras tot mai multă masă
în acele regiuni.

Toate acestea sunt cam greu de imaginat,

deci permiteți-mi să vă arăt
despre ce vorbesc.

Modelele pe calculator ce le-am menționat
ne permit să testăm aceste idei,

deci să aruncăm o privire
asupra unuia din ele.

Acest film,
realizat de grupul meu de cercetare,

ne arată ce s-a întâmplat cu universul
după primele sale momente.

Vedeți că universul
a început destul de neted,

dar existau unele regiuni

unde era ceva mai mult material.

Gravitația a adus tot mai multă masă

în acele locuri
care au început cu un pic în plus.

În timp,

s-au adunat suficiente lucruri
într-un singur loc

încât gazul de hidrogen,

care a fost inițial bine amestecat
cu materia întunecată,

începe să se despartă de ea,

să se răcească, să formeze stele,

și obțineți o mică galaxie.

De-a lungul timpului,
peste miliarde și miliarde de ani,

acele mici galaxii
se ciocnesc unele în altele

se unesc și cresc
pentru a deveni galaxii mai mari,

cum este galaxia noastră, Calea Lactee.

Ce se întâmplă
dacă nu ai materie întunecată?

Dacă nu ai materie întunecată,

acele pete nu devin niciodată
destul de dense.

S-a dovedit că ai nevoie de cel puțin
un milion de ori masa Soarelui

într-o regiune densă,

înainte să poată începe formarea stelelor.

Și fără materie întunecată,

nu obții niciodată
destule lucruri într-un singur loc.

Aici ne uităm la două universuri
unul lângă celălalt.

În unul dintre ele puteți vedea

că lucrurile se aglomerează repede.

În acel univers,

este foarte ușor să se formeze galaxii.

În celălalt univers,

lucrurile care încep ca mici conglomerate,

rămân foarte mici.

Nu se întâmplă foarte multe.

În acel univers, nu veți obține
o galaxie ca a noastră.

Sau orice altă galaxie.

Nu veți obține Calea Lactee,

nu veți obține Soarele,

nu ne veți obține pe noi.

Pur și simplu
nu puteam exista în acel univers.

OK, deci chestia asta nebună,
materia întunecată,

este cea mai mare parte
a masei universului,

trece prin noi chiar acum,
nu am fi aici fără ea.

Ce este ea?

Ei bine, habar n-avem.

(Râsete)

Dar avem multe presupuneri,

și o mulțime de idei
pentru a afla mai multe.

Deci, majoritatea fizicienilor consideră
că materia întunecată este o particulă,

similară în multe privințe
particulelor subatomice pe care le știm,

ca protonii, neutronii și electronii.

Orice ar fi,

se comportă foarte similar
în ceea ce privește gravitația.

Dar nu emite și nu absoarbe lumină,

și trece direct prin materia normală,

de parcă nici măcar nu există.

Am dori să știm
despre ce particulă este vorba.

De exemplu, cât de grea este?

Sau, se întâmplă ceva
dacă interacționează cu materia normală?

Fizicienii au multe idei grozave
pentru ceea ce ar putea fi,

sunt foarte creativi.

Dar este foarte greu,

deoarece aceste idei
acoperă un domeniu uriaș.

Ar putea fi la fel de mici
ca cele mai mici particule subatomice,

sau ar putea fi la fel de mari
ca masa a 100 de Sori.

Deci, cum ne dăm seama ce este?

Ei bine, fizicienii și astronomii

au o mulțime de moduri
de a căuta materia întunecată.

Unul dintre lucrurile pe care le facem
este construirea de detectoare sensibile

în minele subterane adânci,

așteptând posibilitatea

ca o particulă de materie întunecată,
care trece prin noi și prin Pământ,

va lovi un material mai dens

și va lăsa în urmă
câteva dovezi ale trecerii sale.

Căutăm materie întunecată în cer,

în ideea că particulele
de materie întunecată

s-ar ciocni între ele

și ar crea lumină de mare energie
pe care am putea să o vedem

cu telescoape speciale cu raze gamma.

Încercăm chiar să facem
materie întunecată aici pe Pământ,

zdrobind particule
și cercetând ce se întâmplă,

folosind Acceleratorul de Particule
din Elveția.

Până acum,

toate aceste experimente
ne-au învățat multe

despre ceea ce nu este
materia întunecată.

(Râsete)

Dar nu încă despre ce este.

Au existat idei foarte bune despre
ce ar putea fi materia întunecată,

pe care aceste experimente
le-ar fi văzut.

Dar nu le-au văzut încă,

deci trebuie să continuăm să privim
și să ne gândim mai intens.

Un alt mod de a obține un indiciu
despre ceea ce este materia întunecată

este studierea galaxiilor.

Am vorbit deja

cum galaxia noastră și multe alte galaxii
nici măcar nu ar fi existat

fără materia întunecată.

Aceste modele fac, de asemenea, previziuni

pentru multe alte lucruri despre galaxii:

cum sunt distribuite în univers,

cum se mișcă,

cum evoluează în timp.

Și putem testa aceste predicții
prin observații ale cerului.

Permiteți-mi să vă dau doar două exemple

despre aceste tipuri de măsurători
pe care le putem face cu galaxiile.

Primul este că putem realiza
hărți ale universului cu galaxii.

Fac parte dintr-un sondaj
denumit Dark Energy Survey,

ce a realizat cea mai mare hartă
a universului de până acum.

Am măsurat pozițiile și formele
a 100 de milioane de galaxii

din peste o optime din cer.

Iar această hartă ne arată toată materia
din această regiune a cerului,

care este dedusă din lumina distorsionată
de la aceste 100 de milioane de galaxii.

Lumină distorsionată de toată materia

care era între acele galaxii și noi.

Gravitația materiei este suficient
de puternică pentru a îndoi calea luminii.

Și ne oferă această imagine.

Deci, aceste tipuri de hărți

ne pot spune despre
câtă materie întunecată există,

ne spun și unde este

și cum se schimbă în timp.

Deci încercăm să aflăm
din ce este făcut universul

la cea mai mare scară.

Se dovedește că cele mai mici
galaxii din univers

oferă unele din cele mai bune indicii.

Deci de ce este așa?

Iată două exemple
de universuri simulate

cu două feluri diferite
de materie întunecată.

Ambele imagini vă arată o regiune

din jurul unei galaxii
precum Calea Lactee.

Și puteți vedea că există
multe alte materiale în jurul ei,

mici aglomerări.

În imaginea din dreapta,

particulele de materie întunecată
se mișcă mai lent decât cele din stânga.

Dacă acele particule de materie
întunecată se mișcă foarte repede,

atunci gravitația din grupurile mici
nu este destul de puternică

pentru a încetini acele particule rapide.

Și ele continuă.

Nu se prăbușesc niciodată
în aceste mici aglomerări.

Deci, se formează mai puține
decât în universul din dreapta.

Dacă nu aveți acele mici grupuri,

atunci obțineți mai puține galaxii mici.

Dacă priviți cerul din emisfera sudică,

puteți vedea două
dintre aceste mici galaxii,

cea mai mare dintre micile galaxii
care orbitează Calea noastră Lactee,

Marele Nor Magelan
și Micul Nor Magelan.

În ultimii câțiva ani,

am detectat o mulțime
de galaxii chiar și mai mici.

Aceasta este un exemplu al uneia din ele

pe care am detectat-o
cu același observare a energiei întunecate

cu care am făcut hărțile universului.

Aceste mici galaxii,

unele dintre ele sunt extrem de mici.

Unele dintre ele
au doar câteva sute de stele,

comparativ cu cele câteva sute
de miliarde de stele din Calea Lactee.

Așa că asta le face
cu adevărat greu de găsit.

Dar în ultimul deceniu,

am găsit o mulțime altele.

Știm acum 60 de mici galaxii

care orbitează
propria noastră Cale Lactee.

Și aceste mici galaxii sunt un indiciu
important al materiei întunecate.

Pentru că doar existența
acestor galaxii ne spune

că materia întunecată
nu se poate mișca foarte repede,

și nu se poate întâmpla mare lucru
atunci când intră în materia normală.

În următorii câțiva ani,

vom face hărți
mult mai precise ale cerului.

Iar acestea ne vor ajuta
la rafinarea filmelor noastre

despre întregul univers
și despre toată galaxia.

Fizicienii fac de asemenea,
noi experimente mai sensibile,

încercând să prindă vreun semn
al materiei întunecate în laboratoare.

Materia întunecată
este încă un mister uriaș.

Dar este un moment
foarte interesant pentru a lucra la el.

Avem dovezi clare că există.

De la scara celor mai mici galaxii

la scara întregului univers.

O vom găsi și ne vom da seama ce este?

Nu am nicio idee.

Dar va fi foarte distractiv să aflăm.

Avem o mulțime
de posibilități de descoperire,

și cu siguranță vom afla
mai multe despre ceea ce face

și despre ce nu este.

Indiferent dacă vom găsi
particula în curând,

sper că v-am convins

că acest mister este de fapt
foarte aproape de casă.

Căutarea materiei întunecate

poate fi cheia unei înțelegeri
cu totul noi a fizicii

și a locului nostru în univers.

Vă mulțumesc!

(Aplauze)