Czarne dziury nie wyjaśniają brakującej ciemnej materii. Co teraz?

Od lat astronomowie przerzucają się hipotezami na temat tego, czym może być ciemna materia. Na stole leżały nawet czarne dziury – te pierwotne, zrodzone w chaosie pierwszych chwil Wielkiego Wybuchu. Brzmiało dobrze: coś, czego nie widać, nie emituje światła, ale oddziałuje grawitacyjnie. Pasowało do obrazka. Ale już nie pasuje.

Zespół naukowców z Berkeley Center for Cosmological Physics sprawdził dokładnie 740 najjaśniejszych supernowych odkrytych do 2014 roku. Dlaczego supernowe? To doskonałe, odpowiednio duże źródła światła, dzięki którym można mierzyć odległości w przestrzeni kosmicznej. Gdyby istniały ukryte masywne obiekty, czyli właśnie pierwotne czarne dziury, ich grawitacja działałaby jak soczewka, powiększając w naszych przyrządach optycznych światło pochodzące tych supernowych. Problem w tym, że tak się nie dzieje. Ani jedna z 740 analizowanych supernowych nie pokazała tego efektu.

Co mówią liczby?

W nauce istotne są przede wszystkim liczby. Pierwotne czarne dziury, które jeszcze niedawno miały szansę stanowić nawet 40% ciemnej materii, w najnowszej analizie wypadają dramatycznie słabo. Po ponownym przebadaniu 1048 supernowych – nowszych, dokładniejszych danych – ów limit spadł jeszcze mocniej, do zaledwie 23%. Hipoteza czarnych dziur jako dominującego składnika "ciemnej materii" właśnie trafiła do kosza.

Co nam zostaje na stole?

Ciemna materia wciąż stanowi 84,5% materii we wszechświecie. Ale czym dokładnie jest – tego nie wie nikt. Opcje się kurczą, a lista podejrzanych robi się coraz krótsza.

Czytaj dalej poniżej

Szympansy też mają swoją "modę" – nie zgadniesz, gdzie wkładają sobie źdźbła trawy Jakub Szczęsny

MIT ulepszył fotosyntezę – rośliny zjedzą więcej CO2 Jakub Szczęsny

Jedna z teorii mówi o bardzo małych cząstkach, w grę wchodzą aksjony lub cząstki o słabym oddziaływaniu. Problem w tym, że te cząstki są jeszcze trudniejsze do znalezienia niż czarne dziury. I nie chodzi tu tylko o technologię – mowa o fundamentalnym problemie: jeśli ciemna materia składa się z kilku rodzajów cząstek, każdy z tych składników potrzebowałby osobnego wyjaśnienia. Sprawa komplikuje się coraz bardziej, a badacze mają na uwadze brzytwę Ockhama. Może istnieje prostsze wyjaśnienie dla tej zagadki? Natura nie lubi sobie komplikować pewnych rzeczy.

Stan nauki na dziś

Paradoksalnie w tej sytuacji najwięcej tracą teorie najprostsze i najbardziej eleganckie. Hipoteza pierwotnych czarnych dziur była piękna w swojej prostocie – jeden typ obiektów, jedna masa, jedna geneza. Łatwo, szybko, elegancko.

Tymczasem zyskały modele, których nie lubią fizycy: skomplikowane, wieloskładnikowe, pełne niezależnych wyjaśnień. Ani one "ładne", ani "proste": są ociężałe i mało zdatne do ich wplecenia między to, co już wiemy o kosmosie. Ale... może właśnie o to chodzi? Może tutaj proste wyjaśnienia zwyczajnie nie pasuje?

Niemniej, każda upadła hipoteza to krok bliżej prawdy. Nawet jeśli nie znamy jeszcze kierunku, znamy przynajmniej drogę, którą nie warto iść.

Czytaj również: Z ciemną materią jest jeden problem. To maleństwo go rozwiąże

Kończą nam się opcje

Rzeczywiście tak jest. Ale czy to naprawdę zła wiadomość? Historia nauki pokazuje, że właśnie z takich "ślepych uliczek" rodzą się największe odkrycia. To w momentach, kiedy nie mamy już oczywistych rozwiązań, pojawiają się prawdziwie przełomowe pomysły. Być może odpowiedź leży w miejscu, które teraz wydaje nam się najbardziej absurdalne: w najmniejszych, najdziwniejszych cząstkach, których jeszcze (z naciskiem na ten wyraz) nie znamy.

Ciemna materia znów wygrywa. Ale właśnie to czyni ją fascynującą – nie wiemy, czym jest, ale wiemy, że bez niej Wszechświat, jaki znamy, nie miałby prawa istnieć. Badacze będą szukać dalej, bo... nie mają wyjścia. Pytanie tylko, kiedy uda nam się dokonać przełomu w jej zakresie. Nikt nie wie dokładnie, jak blisko (lub daleko) jesteśmy ostatecznego odnalezienia materii, której nie widać, której nie da się dotknąć i być może nawet zaobserwować w klasycznym tego słowa znaczeniu.