Valószínűleg hallott már arról, hogy a világegyetemnek csak a 5 százaléka áll megfigyelhető anyagból, a többi rész csillagászati műszerekkel nem figyelhető meg, elektromágneses sugárzást nem bocsát ki és nem nyel el, jelenlétére csak következtetnek a kutatók a látható anyagra tett hatásaiból. A Világegyetem 95 százalékát sötét anyag és sötét energia alkotja.
A sötét anyagról és sötét energiáról szinte semmit nem tudnak a fizikusok, pedig már hosszú évtizedek óta próbálják megválaszolni a kérdést, mégis milyen tulajdonságokkal bírnak. A napokban 102 fizikus közzétett egy tanulmányt, amellyel egy apró lépéssel közelebb kerülhetünk a válaszhoz.
A sötét anyag létezését még 1934-ben vetette fel egy svájci asztrofizikus, Fritz Zwicky. A galaxishalmazok dinamikai vizsgálatából valamilyen láthatatlan anyag, a sötét anyag létezésére következtetett. Az elnevezés Vera Rubintól származott, aki 1970-ben az Androméda-galaxist vizsgálva jutott arra a következtetésre, hogy kell lennie valamilyen sötét anyagnak, mert a galaxis szélén lévő csillagok sebessége máshogy nem magyarázható. A fizika ismert törvényei alapján a csillagok túl gyorsan mozognak a galaxis szélén, legtöbbjüknél a gravitáció maga nem lett volna elég ahhoz, hogy a pályájukon tartsa ezeket. Vagyis vagy rosszak Newton gravitációs törvényei, vagy van valami olyan anyag, amely nem megfigyelhető, de visszatartja a csillagokat a pályaelhagyástól.
Vera Rubin ez utóbbi magyarázatot fogadta el és ma már a fizikusok is elfogadják ezt, hogy létezik a sötét anyag. De nem tudnak róla semmit, csak annyit, hogy valaminek lennie kell ott. Most azon folynak a kutatások, hogy kiderítsék, pontosan mi is ez a valami.
A legelterjedtebb feltételezés szerint a sötét anyagot úgynevezett WIMP, vagyis gyengén kölcsönható nehéz elemi részecskék alkotják. Olyan elemi részecskék, amelyek egyben saját maguk antianyag részecskéi is. Amikor egy anyag és egy antianyag-részecske találkozik, kioltják egymást, így tehát ha két WIMP találkozik, megsemmisítik egymást, és a kölcsönhatás során új részecskék keletkeznek: egy elektron, és annak antianyag párja, a pozitron.
Van egy másik jelölt is a sötét anyagra, ez pedig az axion. Ez is egy elméleti részecske, vagyis ezt sem fedezték még fel. Ez is semleges és gyengén kölcsönható elemi részecske, amely azonban könnyebb, mint a WIMP. Ebből az is következik, hogyha könnyebb a WIMP-nél, akkor jóval több lehet belőlük. Az axionok létét 1977-ben vetették fel először, hogy megoldjanak egy addig feloldhatatlannak tűnő problémát a kvarkokkal kapcsolatban. Tíz-húsz évvel később a húrelmélet fejlődésével párhuzamosan észrevettek néhány részecskét, amelyek hasonlóak voltak az axionokhoz. A tudósok néha nagyon fantáziadúsan neveznek el új dolgokat, ezeket az új részecskéket axion-szerű részecskéknek nevezték el. Röviden ALP.
Jóval később arra is rájöttek, hogy az axionok és az axion-szerű részecskék jó jelöltek lehetnek, amikor a sötét anyagról esik szó. Amikor az Ősrobbanás megalkotta a látható anyagot, nagy valószínűséggel egy jókora adag axiont és axion-szerű részecskét is alkotott. De hogyan lehetne bebizonyítani létezésüket.
A sötét anyagot ugye nem lehet észlelni, hiszen sötét. Néhány kutató úgy gondolta, ideje olyannal próbálkozni, amelyek eddig még nem próbálkoztak és ez a gamma-sugárzás lenne. Azt feltételezik, hogyha egy axion vagy ALP egy látható anyaggal ütközik, az energia felszabadulásával jár. Ezek a gamma-sugarak pedig láthatóak lehetnek az olyan űrteleszkópok segítségével, mint a Fermi Large Area Telescope.
Rengeteg modell létezik az ALP-k számának meghatározására, néhány azt mondja, hogy a sötét anyag teljes egészében axion-szerű részecskékből áll, mások azt állítják, hogy csak egy apró része a sötét anyagnak az ALP. Ezek a modellek különböző mennyiségű gamma-sugárzást feltételeznek, így ha megvizsgálják az észlelt gamma-sugárzást, akkor következtetni tudnak az ALP-k számára.
Pont ezt tette 102 fizikus, akik a napokban a Physical Review Lettersben tették közzé eredményeiket. A fizikusok a Fermi Large Area Telescope adatait vizsgálták meg az elmúlt hat évből, amelyet az NGC 1275 fantázianevű galaxisról rögzítettek. A legnépszerűbb modelleket vetették össze a gamma-sugárzással, ezekben modellekben az ALP a sötét anyag 5 százalékát alkotja. Óriási eredmény lenne igazolni ezt, de ha sikerülne is, akkor is ismeretlen maradna a Világegyetem összetételének maradéka.
De valahol el kell kezdeni. Az adatok összevetéséből kiderült, hogy az axion-szerű részecskés modellek egyáltalán nem jósolják meg jobban a gamma-sugárzást, mint az azok nélküli modellek. És a fizikában, ha két hipotézis ugyanolyan eredményeket hoz, akkor az egyiket (a bonyolultabbat) kihajítják. Ebben az esetben az ALP-s modellektől szabadulnak meg a kutatók. Legalábbis azoktól, ahol a sötét anyag 5 százaléka ilyen axion-szerű részecske.
Persze ez nem jelenti azt, hogy ezek a részecskék nem léteznek, hiszen még tesztelni kell azokat a modelleket is, amelyeknél például a sötét anyag egésze ALP-kből áll. De ez sokkal hosszabb idő. Így is fontos lépés ez a kutatás, hiszen sikerült kimutatni néhány létező népszerű modellről, hogy nem stimmelnek.