Ha a gravitáció nem elég, mégis mi tartja egyben a galaxisokat?
- Link másolása
- X (Twitter)
- Tumblr
Mi tartja egyben a galaxisokat, hogy a forgó mozgás ne szakítsa szét a centrifugális erők miatt? A válasz az lehetne, hogy a csillagok által megtestesített tömegek vonzó hatása, a gravitáció. A dilemmát az okozza, hogy a csillagászati információk által számított tömeg ehhez nem elég. Így született meg a gondolat, hogy létezik egy nem látható sötét anyag, amely az univerzum anyagának túlnyomó részét alkotja.
De mi ez a láthatatlan anyag, és miért nem látható? Létezne talán egy további vonzó erő a csillagok között, ami nem engedi szétszakítani a galaxisokat? Különböző elméletek születtek a magyarázatra, ezek egyike az axion-koncepció, amely egy olyan új, eddig nem detektált részecskét tételez fel, amelyre nem hat az elektromágneses erő és így a szokásos eszközökkel nem is érzékelhető. Persze ez eddig még nem igazi magyarázat, hiszen csak egy új nevet kapott a sötét anyag.
Valódi magyarázathoz úgy juthatunk, ha felhasználva a modern fizika, így a kvantummechanika eredményeit, megtaláljuk az anyag olyan formációját, amely elveszíti azt a képességét, hogy a fény által hírt adjon magáról.
Ebben a kérdésben Johannes Gooth és munkatársai a Max Planck Intézet szilárdtestfizikusai új elképzeléssel álltak elő a Nature-ben néhány hete publikált cikkükben. Javaslatuk szerint a világűr helyett itt a Földön próbáljuk megtalálni ezt a sötét anyagot, vagyis az axionokat magában foglaló különös közeget.
A fononok és a félfémek
A szilárd testek speciális körülmények között, például mély hőmérsékleten, messze a víz fagyáspontja alatt, különös tulajdonságokra tehetnek szert. Ennek ismert példája a szupravezetés, amikor az anyag elveszíti ellenállását az elektronok mozgásával szemben. Ennek alapja, hogy az elektronok kettesével összekapaszkodva olyan kvantummechanikai állapotot vehetnek fel, amikor tetszés szerinti számban foglalhatják el a legkisebb energiájú állapotot. Ezt úgy forgalmazza meg a fizika, hogy a feles spinű fermionokra vonatkozó Pauli-féle kizárási elv már nem érvényes az elektronpárok egész spinű bozon állapotára.
Valami hasonlóra gondoltak Gooth és munkatársai, amikor kvantummechanikai számításokat végeztek elektronhullámokkal, ahol a kétféle módon polarizált hullámok összefonódott hatását vizsgálták. Ilyen állapot szintén alacsony hőmérsékleten képződhet speciális fémekben, amit a szakirodalomban Weyl semimetalnak (félfémeknek) neveznek.
Ez az állapot kondenzált fázisban jöhet létre a kollektív vibrációs mozgások összekapcsolódásával. Ezeket a kiterjedt vibrációkat nevezi a szilárdtestfizika fononoknak, hangsúlyozva az analógiát az elektromágneses kölcsönhatást közvetítő fotonokkal.
A számítások szerint a kétféle tükrözési szimmetriával (kiralitással) rendelkező elektronok összekapcsolt mozgása a tömeg látszólagos elvesztéséhez vezet, amely együtt jár az elektromágneses erőkkel szembeni semlegességgel. Ez pedig épp az, amit elvárhatunk a sötét anyagtól, illetve az axionoktól. A szerzők erre alapozzák a lehetőséget, hogy ilyen kondenzált állapotok a világűrben is lehetnek.
Bár az eredményeket ismertető beszámoló címe az axionok földi körülmények közötti megfigyelésére utal, az írás utószavában ott a figyelmeztetés: egyelőre nincs szó kísérleti megfigyelésről, csak annak lehetőségéről az elméleti számítások alapján.
A szerző fizikus, a BME és az ELTE címzetes egyetemi tanára. A Kalandozások a fizikában címen a Qubiten futó sorozatának korábbi írásai itt, tudósportréi pedig itt találhatók.
Kapcsolódó cikkek a Qubiten:
Talán Nobel-díjat ér, talán csak mérési hiba a magyar fizikusok szenzációs felfedezése, az X17 részecske
Világszerte hatalmas visszhangot keltett a debreceni Atommagkutató Intézet magyar kutatócsoportjának bejelentése, miszerint másodjára is kimutattak egy eddig ismeretlen részecskét, az X17-et. Miközben sokak szerint Nobel-díjat ér a felfedezés, mások mérési vagy statisztikai hibák lehetőségeire figyelmeztetnek.
Még annál is gyorsabban tágul az univerzum, mint azt eddig gondoltuk
A Hubble-állandó még a két hónapja publikáltnál is magasabb. Magyarán a világegyetem jelentősebb gyorsulással fúvódik fel, mint azt eddig sejtettük.
A törpegalaxisok vizsgálata a sötét anyag rejtélyére is fényt deríthet
A sötét anyag mozgását és hőmérsékletváltozását észlelték több törpegalaxisban amerikai, brit és német csillagászok. Az év első napjaiban publikált felfedezés közelebb vihet az univerzum közel harmadát kitevő rejtélyes anyag mibenlétének kiderítéséhez.
A sötét anyag és sötét energia nyomában
Mi volt előbb, a fény, vagy a csillagok? Mit mondott Fridman, Einstein, Planck, és mit mondott az Úr? Rockenbauer professzor a sötét anyag nyomába ered, és kő kövön nem marad utána.
