A është reale Materia e Errët, apo kemi keqkuptuar Gravitetin?

Për shumë vite astronomët dhe fizikanët kanë debatuar gjatë. A shtë material e errët misterioze të cilën e vëzhgojmë thellë në univers, e vërtetë apo ajo çfarë shohim është rezultat i deviacioneve të pagjurmueshme të ligjeve të gravitetit ashtu siç ne i njohim ato? Në vitin 2016, fizikani hollandez, Erik Verlinde propozoi një teori të një lloji të dytë: graviteti në zhvillim. Kërkimi i ri i publikuar në Astronmy&Astrophysics, i shtyn kufijtë e vëzhgimeve të materies së errët në rajonet e panjohura të jashtme të galaktikave dhe duke bërë këtë ai rivlerëson disa modele për materien e errët dhe teoritë alternative të gravitetit. Matje të gravitetit në 259 000 galaktika të izoluara tregojnë një marrëdhënie shumë të ngushtë mes peshës së materies së errët dhe asaj të zakonshme, siç parashikohet në teorinë e gravitetit në zhvillim të Verlindes dhe në një model alternativ të quajtur Dinamikat e Modifikura Njutoniane. Megjithatë rezultatet duket se përputhen me një simulim kompjuterik të Universit që presupozon se materia e errët është “gjë e vërtetë”.

Materie apo gravitet?

Deri më tani, materia e errët nuk është vëzhguar kurrë drejtpërdrejt – që këtej edhe emri. Ajo çfarë astronomët vëzhgojnë në qiellin e natës janë pasojat e materies që është potencialisht e pranishme: përkulja e dritës së yjeve, yje që lëvizin më shpejt nga sa pritet dhe deri edhe efekte në lëvizje të galaktikave të tëra. A asnjë dyshim, të gjitha këto efekte janë shkaktuar nga graviteti, por pyetja është: apo vëzhgojmë me të vërtetë gravitet shtesë, të shkaktuar nga materie e padukshme, apo janë ligjet e gravitetit vetë ajo çfarë ne nuk kemi kuptuar ende mirë?

Për t’iu përgjigjur kësaj pyetjeje, kërkimi i ri përdor një metodë të ngjashme me atë të përdorur në testin origjinal të vitit 2016. Kërkuesit shfrytëzojnë një seri të pandërprerë matjesh fotografike  që kanë nisur 10 vjet më parë...në Kili. Në këto vëzhgime një matje është sesi drita e yjeve nga galatika të largëta përkulet nga graviteti në trajektoren e vet drejt teleskopëve tanë. Nëse në vitin 2016 matja mbulonte një zonë prej vetëm 180 gradë kuadrate në qiellin e natës, aktualisht ajo është zgjeruar në rreth 1000 gradë kuadrate – duke u lejuar kërkuesve të matn shpërndarjen e gravitetit në rreth një milionë galaktika të ndryshme.

Krahasime testesh

Kërkuesit zgjodhën mbi 259 000 galaktika të izoluara për të cilat ishin në gjendje të masnin të ashtuquajturin “Marrëdhënien e Përshpejtimit Radial”. Kjo krahason sasinë e gravitetit të pritshëm bazuar mbi materien e dukshme në galaktikë me sasinë e gravitetit të pranishëm – me fjalë të tjera: rezultati tregon sesa “gravitet ekstra” ka shtuar gravitetit që i dedikohet materies normale. Deri më tani kjo sasi ekstra e gravitetit është përcaktuar vetëm në rajonet e jashtme të galaktikave duke vëzhguar lëvizjen e yjeve dhe në një rajon rreth pesë herë më të madhe duke matur shpejtësinë e rrotullimit të gazit të ftohtë.

Duke përdorur efektin e përkuljes së dritës që jep graviteti, kërkuesit ishin në gjendje të përcaktonin Marrëdhënien e Përshpejtimit Radial në fuqi gravitacionale që ishin 100 herë më të vogla, duke u lejuar atyre të depërtonin shumë më thellë në rajone larg galaktikave të veçanta. Kjo mundësoi matjen shumë saktë të gravitetit ekstra – por a është ky gravitet rezultat i materies së errët të padukshme, apo ne duhet të përmirësojmë kuptimin tonë për vetë gravitetin?

Autori Kyle Oman tregon se presupozimi i “gjësë reale” duket se të paktën pjesërisht funksionon: “Në kërkimin tonë, ne krahasojmë matjet në katër modele teorike të ndryshme: dy që presupozojnë ekzistencën e materies së errët dhe formojnë bazën e simulimit kompjuterik të university tonë dhe dy që modifikojnë ligjet e gravitetit – modeli i Erik Verlindes së gravitetit në zhvillim dhe iu ashtuquajturi “Dinamikat e Modifikuara Njutoniane”.

Një nga dy simulimet e materies së errët, MICE, bën parashikime që përputhen me matjet tona shumë mirë. Ishte befasi se një tjetër simulim, BAHAMAS, çoi në parashikime shumë të ndryshme, pasi modelet janë shumë të ngjashëm. Por më tej akoma, ne duhet të prisnim që nëse një ndryshim do të shfaqej, BAHAMAS do të performonte më mirë. Ky është një model shumë më i detajuar sesa MICE, që i qaset kuptimit tonë aktual për atë sesi formohen galaktikat në një univers me materie të errët. Sërish, MICE funksionon më mirë nëse krahasojmë parashikimet e tij me matjet tona. Në të ardhmen, bazuar në këto gjetje, ne duam të hetojmë më tej se çfarë e shkakton këtë ndryshim mes simulimeve.

Galaktika të reja dhe të vjetra

Kështu duket se të paktën një model për materien e errët funksionon. Megjithatë, modelet alternative të gravitetit parashikojnë po ashtu Marrëdhënien e matur të Përshpejtimit Radial. Kemi një ngërç – pra si ta gjejmë se kush është modeli korrekt? Margot Brouwr që drejton kërkimin thotë:

Bazuar në testimet tona, përfundimi ynë origjinal është se të dy modelet alternative të gravitetit dhe MICE përputhen me vëzhgimet në mënyrë të arsyeshme. Megjithatë, pjesa më emocionuese do të vinte më vonë: për shkak se ne kishim akses në mbi 259 000 galaktika, ne mund t’i ndanim ato në disa lloje – relativisht të reja, galatikave blu spirale përkundrejt atyre relativisht të vjetra, galaktika të kuqe eliptike

Këto dy tipe galaktikash krijohen në mënyra shumë të ndryshme: galaktikat e kuqe eliptike formohen kur galaktika të ndryshme ndërveprojnë, p.sh kur dy galaktika spiale blu kalojnë pranë njëra-tjetrës, apo edhe mund të përplasen. Si rezultat, pritmëritë në kuadër të teorisë së grimcave të materies së errët janë që raporti mes materies së rregullt dhe asaj të errët në tipe të ndryshme të galaktikave mund të variojë.

Modele si teoria e Verlindes dhe Dinamikat e Modifikuara Njutoniane nuk shfrytëzojnë grimcat e materies së errët dhe ndaj parashikojnë një raport fiks mes gravitetit të pritshëm dhe atij të matur në dy tipe galaktikash – pra pavarësisht nga tipi I tyre.

Brouwer sqaron se:

Ne zbuluam se Marrëdhënia e Përshpejtimit Radial për dy tipet e galaktikave ndryshonte ndjeshëm. Kjo do të ishte një e dhënë e fortë për ekzistencën e materies së errët si një grimcë

Megjithatë ka një paralajmërim: Gazi. Shumë galaktika janë ndoshta të rrethuara nga një rre e shpërndarë gazi të nxehtë që është shumë e vështirë të vëzhgohet. Nëse do të ishte që rreth galaktikave të reja blu spirale vështirë se ka gaz, por që galaktikat e vjetra të kuqe jetojnë në një re të madhe gazi – thuajse të së njëjtës masë sa ajo e vetë yjeve – atëherë kjo do të shpjegonte ndryshimin në Marrëdhënien e Përshpejtimit Radial mes të dyja tipeve. Për të arritur në një gjykim përfundimtar mbi ndryshimin në matje, ka nevojë për matjen edhe të sasisë së gazit të shpërndarë – dhe kjo është saktësisht ajo çfarë nuk është e mundur duke përdorur teleskopat e tanishëm. Matje të tjera janë bërë për një grup të vogël, prej 100 galaktikash dhe këto kanë gjetur në të vërtetë më shumë gaz përqark galaktikave elipitike, por është ende e paqartë sesa përfaqësuese janë këto matje për 259 000 galaktika që janë studiuar në kërkimin në fjalë.

Fiton materia e errët? 

Rezulton se gazi ekstra nuk mund të shpjegojë ndryshimin mes dy tipeve të galaktikave, ndaj rezultatet e matjeve kuptohen më lehtë në termat e grimcave të materies së errët sesa në termat e modeleve alternative të gravitetit. Por edhe në këtë rast, çështja nuk është sqaruar. Nëse dallimet në matje është e vështirë të shpjegohen duke përdorur Dinamikat e Modifikuara Njutoniane, Erik Verlinde sheh sërish një rrugëdalje për modelin e vet.

Modeli im aktual aplikohet vetëm në galaktika statike, të izoluara dhe sferike, kështu që nuk të pritet të dallosh tipe të ndryshme galaktikash. I shoh këto rezultate si një sfidë dhe frymëzim për zhvillimin e një versioni asimetrik, dinamik të teorisë sime, në të cilin galaktikat me një formë dhe histori të ndryshme mund të kenë sasi të ndryshme të “materies së errët së dukshme”

Për këtë arsye, edhe pas matjeve të reja, debati mes teorive të materies së errët dhe atyre alternatrive për gravitetin nuk është zgjidhur. Por sërish, rezultatet e reja janë një hap i madh përpara: nëse ndryshimi në matje në gravitetin mes dy tipeve të galaktikave është i saktë, atëherë modeli përfundimtar, cilidoqoftë ai, do të duhet të jetë i saktë mjaftueshëm për të shpjeguar këtë diferencë. Kjo do të thotë në veçanti se shumë modele ekzistuese mund të rrëzohen, çka e redukton ndjeshëm panoramën e shpjegimeve të mundshme. Në krye të tyre, kërkimi aktual tregon se matjet sistematike të gazit të nxehtë përqark galaktikave janë të domosdoshme. Edwin Valentijn e formulon si më poshtë:

Si astronomë vëzhgues ne kemi mbërritur në pikën ku jemi të aftë të matim gravitetin ekstra përqark galaktikave më saktë sesa mund të matim sasisnë e materies së dukshme. Përfundimi kundërintuitiv është se ne duhet së pari të matik praninë e materies së zakonshme në formën e gazit të nxehtë përqark galaktikave, përpara sesa teleskopë të së ardhmes si Euclid të mundet më në fund të zgjidhin misterin e materies së errët

***

Shënim: Shkrimi i mësipërm, publikuar nën autorësinë e Universitetit të Amsterdamit, popullarizon një kërkim që trajton një ndër temat më kurioze dhe më mundues të fizikës së sotme: ekzistencën dhe natyrën e asaj që quhet Materie e Errët. Meqenëse fjala është për një dukuri, prania e së cilës ndjehet kudo në univers, aq sa përcaktohet si forcë përcaktuese në Gjithësi, por e cila nuk mund të vëzhgohet, misteri për të tejkalon kufijtë e një interesi strikt shkencor dhe shndërrohet në një lloj horizonti imagjinar që ngacmon shumëkënd. Diçka që është aty, më e madhe dhe e fuqishme se çdo gjë, por nuk duket. Apo ne nuk e kuptojmë mirë?

Përkthimi: ResPublica