Temna snov se še naprej upira našim najboljšim prizadevanjem, da bi jo zataknili. Medtem ko temna snov ostaja prevladujoča teorija kozmologije in obstaja veliko dokazov, ki podpirajo vesolje, napolnjeno s hladno temno snovjo, vsako iskanje delcev temne snovi ne prinese ničesar. Nova študija nadaljuje to tradicijo in izključuje vrsto kandidatov za temno snov.
Kaj vemo o interakcijah s temno snovjo. Zasluge: Inštitut Perimeter
Če delci temne snovi obstajajo, vemo, da ne morejo močno komunicirati s svetlobo. Vzajemno morajo delovati gravitacijsko, lahko pa sodelujejo tudi prek močnih in šibkih jedrskih sil. Vemo tudi, da ne morejo biti zelo masivni delci. Če bi bili, bi sčasoma razpadli v lažje delce in za to vidimo malo dokazov. To pušča tri široke kandidate: majhne črne luknje, sterilni nevtrini, ali nekakšen svetlobni bozon. To zadnje delo se osredotoča na tretjo možnost.
Tabela supersimetričnih delcev. Zasluge: Claire David / CERN
Znane elementarne delce snovi lahko uvrstimo v eno od dveh kategorij: fermioni in bozoni. Torej so elektroni, kvarki in nevtrini fermioni, fotoni in gluoni pa bozoni. V standardnem modelu fizike delcev ni bozonov, ki bi ustrezali temni snovi. Toda nekateri alternativni modeli napovedujejo delce, ki bi lahko bili temna snov. Supersimetrični modeli na primer predvidevajo, da mora imeti vsak znani fermion ustrezen bozon in obratno. Tako bi imel elektron nasprotni bozon, znan kot selektor, foton bi imel nasprotni fermion, znan kot fotino, in tako naprej. Druga možnost so aksioni, ki so bili predlagani leta 1977 za obravnavanje subtilnih vidikov interakcije kvarkov.
Tako aksioni kot supersimetrični delci bi lahko bili bozoni nizke mase in bi zadovoljili potrebe temne snovi. Če pa kar koli obstaja, jih doslej še niso našli. Kljub temu bi ti svetlobni bozoni gravitacijsko sodelovali z običajno snovjo, od tod ta najnovejša študija.
Bozoni lahko upočasnijo črno luknjo, kot otroci, ki skačejo na vrteči. Zasluge: Jose-Luis Olivares, MIT
Če je temna snov sestavljena iz svetlih bozonov, bi se ti delci razširili po vesolju, tudi v bližini črnih lukenj. Črna luknja bi gravitacijsko zajela bližnje bozone in tako povečala svojo maso. Če se črna luknja vrti, bi zajem delcev temne snovi tudi upočasnil njeno vrtenje. Otroke si lahko predstavljate na igrišču z vrtečem. Če otroci med vrtenjem skačejo na vrtečo, se bo vrteljka zaradi dodane mase nekoliko upočasnila. Enako bi veljalo za črne luknje.
Z drugimi besedami, bozoni temne snovi bi omejili hitrost vrtenja črnih lukenj. Ekipa je ugotovila, da bi težji bozoni bolj omejili črne luknje, lažji bozoni pa jih manj omejili. Zato so si ogledali podatke LIGO in Virgo o združitvah črnih lukenj, ki nam povedo hitrost vrtenja črnih lukenj, preden se združijo. Izkazalo se je, da so se nekatere od teh črnih lukenj vrtele tako hitro, da izključuje obstoj ultra lahkih bozonov temne snovi. Na podlagi te študije temna snov ne more biti aksioni ali svetli supersimetrični delci.
Zato nam je iskanje temne snovi še enkrat pokazalo, ne, kaj temna snov je, ampak kaj ni. To je izjemno frustrirajuće in potencialno razburljivo, ker nam hitro zmanjkuje možnosti za temno snov.
Referenca:Ng, Ken Ky, et al. “ Omejitve ultralahkih skalarnih bozonov v meritvah vrtenja črne luknje iz LIGO-Virgo GWTC-2 .'Pisma o fizičnem pregledu126,15 (2021): 151102.
