Według obecnie najpopularniejszej teorii, Wszechświat, oczywiście w uproszczeniu, składa się ze zwykłej materii, ciemnej materii i ciemnej energii i ma około 13,8 miliarda lat. Ale fizyk z Ottawy w nowej publikacji podważa ten model. Według niego w kosmosie nie ma miejsca na ciemną materię i ciemną energię, a sam Wszechświat jest znacznie starszy.
W ubiegłym roku Rajendra Gupta, fizyk teoretyczny z Uniwersytetu Ottawy zasugerował, że Wszechświata ma 26,7 miliarda lat, a nie 13,8, jak dotąd zakładano (więcej na ten temat w tekście: Ile lat ma Wszechświat? Może być nawet dwa razy starszy niż sądzono). To według niego może wyjaśniać, dlaczego niektóre obserwowane przez astronomów galaktyki wyglądają zaskakująco dojrzale, choć według obowiązujących teorii powinny istnieć zaledwie od 300 mln lat (więcej na ten temat w tekście: Teleskop Webba pokazuje jedne z najbardziej odległych galaktyk, jakie kiedykolwiek widziano). Teraz badacz zaproponował rozwinięcie swojej koncepcji, która zakłada, że we Wszechświecie nie ma ciemnej materii.
Badanie podważające obecny model Wszechświata ukazało się na łamach pisma „The Astrophysical Journal” (DOI: 10.3847/1538-4357/ad1bc6).
W kosmologii termin „ciemna materia” opisuje wszystko, co wydaje się nie oddziaływać ze światłem ani polem elektromagnetycznym lub co można wyjaśnić jedynie siłą grawitacji. Ciemnej materii nie da się zaobserwować. Nie wiemy, z czego jest zbudowana, czy jest nieznanym wciąż rodzajem cząsteczek, czy też przemierzającymi kosmos falami. Jednakże uważa się, że jest obecna w całym Wszechświecie. Jedyne czym dysponujemy na potwierdzenie, że ciemna materia rzeczywiście istnieje, to różnego rodzaju dowody pośrednie. Jej istnienie zdradzają wywierane przez nią efekty grawitacyjne, przynajmniej w ten sposób naukowcy tłumaczą anomalie w rotacji galaktyk i ruchu galaktyk w gromadach. Widzialnej materii jest zbyt mało, aby można było wytłumaczyć zachodzące w tych przypadkach efekty.
Uważa się, że ciemna materia utrzymuje galaktyki razem i działa jak klej spajający je. Natomiast ciemna energia przyspiesza ekspansję Wszechświata. Innymi słowy, wiodące teorie kosmologiczne traktują ciemną materię jako element spowalniający ekspansję Wszechświata, a ciemną energię jako coś, co ją stale przyspiesza. Jednak mimo lat poszukiwań istnienie ciemnej materii i energii nie zostało potwierdzone.
Rajendra Gupta, profesor fizyki na Uniwersytecie w Ottawie, w swoich pracach wykorzystał kombinację teorii zmęczonego światła z jedną z wariacji obowiązującego modelu, czyli modelu Lambda-CMD.
Uczony połączył w swoich pracach dwie idee. Pierwsza, czyli koncepcja zmęczonego światła mówi o tym, że światło traci energię w miarę pokonywania ogromnych odległości. Ideę tę zaproponował jeszcze w 1929 roku Fritz Zwicky. Astronomowie jeszcze w XIX wieku zauważyli, że światło, którego źródło leży w znacznej odległości od Ziemi, jest przesunięte ku czerwieni. Zjawisko to polega na przesunięciu w stronę większych długości fal linii widma promieniowania elektromagnetycznego. Pomiar ten w astrofizyce używany jest m.in. do oszacowania wieku obserwowanych obiektów. Światło potrzebuje czasu na podróż przez kosmos. Większy efekt poczerwienienia obserwuje się dla obiektów bardziej oddalonych.
Według Zwicky'ego, gdyby fotony traciły energię w czasie w wyniku zderzeń z innymi cząstkami, bardziej odległe obiekty wydawałyby się bardziej czerwone niż te znajdujące się bliżej. Badacz przyznał, że jakiekolwiek rozproszenie światła rozmywa obrazy odległych obiektów bardziej niż to, co widać. Ale koncepcja Zwicky'ego, określana mianem zmęczonego światła (tired light), napotkała sporo problemów i nie została poparta obserwacjami, dlatego też pozostała na marginesie astrofizyki. Jego hipoteza o zmęczonym świetle konkurowała z obecnie przyjętą teorią, że częstotliwość przesunięcia światła w kierunku czerwieni wynika z ekspansji przestrzeni.
Druga z idei, które połączył Gupta sugeruje, że siły natury zmieniają się wraz z upływem czasu. Koncepcję tę zaproponował brytyjski noblista Paul Dirac. Zasugerował on, że stałe fizyczne, które rządzą interakcjami między cząstkami, mogą zmieniać się w czasie, mogą wraz z jego upływem słabnąć. Pozwalając stałym na ewolucję, ramy czasowe formowania się wczesnych galaktyk obserwowanych chociażby przez teleskop Webba przy dużych przesunięciach ku czerwieni można wydłużyć z kilkuset milionów lat do kilku miliardów lat. Zapewnia to bardziej realistyczne wyjaśnienie zaawansowanego poziomu rozwoju i masy obserwowanej w niektórych starożytnych galaktykach.
Połączenie tych dwóch teorii, jak tłumaczy Gupta, pokrywa się z kilkoma obserwacjami, takimi jak rozproszenie galaktyk i ewolucja światła z wczesnego Wszechświata. Przy okazji podważa obowiązujące teorie, które wskazują, że tylko około pięć procent Wszechświata składa się ze zwykłej, barionowej materii, a reszta to ciemna energia i ciemna materia.
- Nasze poprzednie prace dotyczące wieku Wszechświata wynoszącego 26,7 miliarda lat pozwoliły nam odkryć, że Wszechświat wcale nie potrzebuje ciemnej materii do istnienia – wyjaśnia Gupta. - W standardowej kosmologii mówi się, że przyspieszona ekspansja Wszechświata jest spowodowana ciemną energią, ale w rzeczywistości jest spowodowana osłabieniem sił natury podczas jej rozszerzania, a nie ciemną energią – tłumaczy uczony.
Gupta sugeruje, że jego koncepcja może wyjaśniać fluktuacje w rozprzestrzenianiu się materii barionowej, czyli tej zwykłej, wywołane falami akustycznymi na wczesnym etapie historii Wszechświata.
- Istnieje kilka artykułów kwestionujących istnienie ciemnej materii, ale mój jest pierwszym, który eliminuje jej kosmologiczne istnienie, pozostając jednocześnie spójnym z kluczowymi obserwacjami kosmologicznymi, które zostały potwierdzone – mówi Gupta.
Gupta uważa, że kwestionując potrzebę istnienia ciemnej materii we Wszechświecie dostarczył dowodów na nowy model kosmologiczny. Według niego, praca ta otwiera nowe możliwości badania podstawowych właściwości Wszechświata.
Źródło: University of Ottawa, Science Alert, fot. Pexels/ CC0
