O nouă forţă fundamentală a Universului a fost descoperită în urma unei ciocniri galactice colosale

Urmărind cu atenţie masa unei ciocniri galactice colosale, astronomii par să fi descoperit un nou tip de forţă ce afectează doar materia neagră.

Rezultatele vin în urma studierii Musket Ball Cluster, un obiect ceresc vast aflat la aproximativ 5,23 miliarde de ani-lumină, în constelaţia Racului. Galaxiile sunt de obicei legate gravitaţional de alte galaxii, ceea ce duce la formarea unor clustere de galaxii gigantice. Clusterul Musket Ball este un exemplu a ceea ce se petrece atunci când două clustere galactice – fiecare dintre ele conţinând sute de galaxii – se ciocnesc.

Oamenii de ştiinţă ştiu că stelele vizibile din aceste galaxii compund doar 2% din masa totală a clusterului. Aproximativ 12% din masă este dată de gazul fierbinte, ce străluceşte în lungimile de undă ale razelor X, iar restul de 86% din masa clusterului este dată de materia neagră, care este invizibilă. Deoarece galaxiile reprezintă un procent foarte mic al masei totale a sistemului, iar spaţiul dintre ele este foarte mare, ele nu se „ciocnesc” cu adevărat. Cel mai probabil, galaxiile trec una pe lângă cealaltă pe măsură ce clusterele se unesc. În mare parte, doar gazul fierbinte se ciocneşte, ceea ce provoacă încetinirea sa şi îl face să rămână în urma galaxiilor.

Materia neagră este cartografiată cu ajutorul unui aspect interesant din teoriile gravitaţiei elaborate de Einstein. Conform teoriei relativităţii, câmpurile gravitaţionale ale obiectelor masive (precum galaxiile) curbează lumina. Dacă o galaxie de mari dimensiuni se găseşte în drumul unei surse de lumină ce se găseşte la o mare distanţă de Terra, observatorii de pe Pământ vor vedea această lumină distorsionată, de multe ori sub forma unui cerc, precum în imaginea de mai sus. Studiind modul în care lumina este distorsionată de Clusterul Musket Ball, oamenii de ştiinţă pot deduce locul în care se găseşte materia neagră.

Atunci când astronomii au calculat cu precizie locul în care se găseşte materia neargă, au descoperit ceva bizar: grămezile de materie neagră încetineau în raport cu galaxiile din cluster.

„Am observat o diferenţă de 19.000 de ani-lumină între galaxii şi materia neagră”, a explicat astronomul William Dawson de la Universitatea California, Davis.

Motivul pentru care această descoperire este ciudată este faptul că oamenii de ştiinţă nu cred că materia neagră interacţionează cu sine. Astfel, grupurile de materie neagră ar trebui să treacă pur şi simplu prin materia neagră cu care se „ciocneşte”, deplasându-se cu aceeaşi viteză cu care se deplasează şi galaxiile care nu se ciocnesc. În schimb, se pare că materia neagră se ciocneşte de ceva – poate chiar de altă materie neagră – şi încetineşte mai repede decât galaxiile. Ca materia neagră să poată interacţiona cu sine într-un mod neobişnuit, explică cercetătorii, ar fi nevoie de o „forţă neagră” care să afecteze materia neagră. Aceasta ar fi o nouă forţă fundamentală a universului, care s-ar adăuga celor patru forţe fundamentale cunoscute astăzi: gravitaţia, electromagnetismul şi forţele nucleare (tare şi slabă).

Cercetătorii au postulat de mai mult timp existenţa unei astfel de forţe, încercând chiar să o găsească cu ajutorul acceleratoarelor de particule. Dacă rezultatele lui Dawson vor fi confirmate, acestea se vor dovedi a fi prima dovadă observaţională a existenţei acestei forţe. „Forţa neagră” nu este inclusă în vreun model al fizicii, însă descoperirea sa ar putea ajuta la o mai bună înţelegere a comportamentului materiei negre.

Un astfel de comportament bizar este observat în cazul galaxiilor pitice şi a clusterelor de stele. Dacă materia neagră ar interacţiona doar cu gravitaţia, atunci ar trebui să se strângă în centrul acestor obiecte. Cu toate acestea, astronomii observă în mod repetat opusul: materia neagră din galaxiile pitice şi clusterele de stele este distribuită în mod egal. Dacă materia neagră poate interacţiona cu o „forţă neagră”, atunci este posibil să se ciocnească singură şi să se deplaseze precum un gaz fierbinte.

Descoperirea ar putea duce la un progres în domeniul „sectorului întunecat”, ce tratează o serie de forţe şi particule ipotetice, care nu afectează materia obişnuită. Deşi modelele concepute de cercetători pentru materia neagră tind să presupună că particulele sunt simple şi nu există forţe suplimentare, nu există niciun motiv ca acest lucru să fie adevărat. Dawson sugerează să ne imaginăm nişte oameni de ştiinţă extratereştri compuşi în exclusivitate din materie neagră care nici nu se gândesc materia noastră obişnuită are atâtea forţe şi interacţiuni complexe, pentru că nu le pot detecta.

Astronomul Douglas Finkbeiner de la Harvard este de acord că rezultatele sunt foarte interesante, având potenţialul de a aduce schimbări importante în fizică, însă nu este convins pe deplin. „Este important să luăm în calcul faptul că de fiecare dată când cineva a anunţat identificarea unor proprietăţi exotice a materiei negre s-a înşelat”, a explicat Finkbeiner. Cercetătorul s-a numărat şi ei printre cei „păcăliţi” de materia neagră. În 2008 acesta a luat parte la un studiu care părea să fi identificat „forţa neagră”, însă câţiva ani mai târziu rezultatele cercetării s-au dovedit a fi eronate.

Dawson ştie că rezultatele sale sunt preliminare, fiind şi el sceptic cu referire la ipoteza „forţei negre”. Echipa sa afrmă că sunt în proporţie de 85% siguri că ceea ce au observat se datorează faptului că materia neagră interacţionează cu ea însăşi.

„Poate în Las Vegas aceste cote ar fi bune, dar ca oameni de ştiinţă nu putem să facem anunţuri atât de importante cât timp există 15%-20% şanse ca rezultatele să se datoreze unor erori de măsurare”, spune Dawson. Curbarea luminii de către obiecte masive este dificil de observat, fiind posibil ca rezultatul să fie obţinut în urma unor erori de măsurare.

Acum, Dawson intenţionează să lucreze cu echipa sa pentru a analiza datele obţinute în urma altor coliziuni de clustere galactice. Dacă rezultatele observate în cazul altor coliziuni vor fi asemănătoare cu cele descoperite la Clusterul Musket Ball, atunci ipoteza „forţei negre” ar fi susţinută de noi date. Dacă nu, oamenii de ştiinţă vor fi nevoiţi să descopere altă rezolvare pentru misterul materiei negre din galaxiile pitice.