Materia întunecată domină în Univers asupra materiei vizibile. Cum se organizează însă această materie întunecată? Cât de mici pot să fie halourile întunecate? Un răspuns la această întrebare a fost dat recent de un grup de cercetători cu ajutorul unui Univers virtual: simulat pe calculator.

În Univers se pare că există mult mai multă materie decât cea pe care o vedem; pe lângă stele, planete, găuri negre, praf şi gaz interstelar, ar exista o formă de materie, denumită întunecată, care interacţionează doar gravitaţional cu materia vizibilă. Aceast materie întunecată ar face astfel încât viteza de rotaţie a stelelor în periferia galaxiilor să fie mai mare decât ce se poate aştepta dacă ţinem cont de gravitaţia exercitată de doar materia vizibilă. Cum această materie întunecată ar fi de 5-6 ori mai multă în Univers decât cea vizibilă este uşor de imaginat că întreaga structură a Universului depinde de modul în care este distribuită materia întunecată. Se pare că aceasta s-ar organiza în halori întunecate, care pot fi extrem de mari, cuprinzând în interior sute de galaxii, care au o masă de multe mii de miliarde de ori cea  Soarelui.

Se crede că materia întunecată este compusă din particule care nu fac parte din Modelul Standard (MS) ci dintr-un model, precum cel Supersimetric, care include pe lângă particulele din MS şi alte particule cum ar fi, în acest caz, neutralino. Dacă o particulă de acest gen întâlneşte antiparticula corespunzătoare are loc o anihilare care ar putea produce, prin transformarea masei în energie, o radiaţie gama (fotoni cu energii mult mai mari decât ai luminii vizibile) intensă. Aceste coliziuni ar avea loc în centrul halourilor unde densitatea materiei întunecate ar fi mare. Măsurarea unei astfel de radiaţii cu aparatele noastre ne-ar putea da deci indicaţii despre materia întunecată: cum este distribuită şi, indirect, din ce fel de particule ar fi compusă.

Întrebarea pe care şi-au pus-o cercetătorii este: cât de mici însă pot să fie halourile întunecate? Există o cantitate minimă de materie care s-ar putea organiza într-un halou întunecat? Pentru a răspunde la această întrebare un grup de cercetători a efectuat o simulare pe calculator, un Univers virtual. Cercetătorilor le-au trebuit 5 ani să dezvolte, testeze şi să ruleze programele pe supercomputere în Europa şi China şi rezultatele acestui interesant şi important studiu au fost publicate recent într-un articol în prestigioasa revistă Nature.

În urma studiului cercetătorii au ajuns la concluzia că cele mai mici halouri de materie întunecată pot avea masa asemănătoare cu cea a Pământului – deci mult mai mică decât halourile care înglobează galaxii şi clustere de galaxii. Interesant este că structura internă a halourilor nu depinde mult de masa acestora: acestea sunt extrem de dense în centru şi cu o densitate care scade spre margini.

Halourile cele mai mici, cele care au deci masa asemănătoare cu cea a planetei noastre, nu conţin în interior materie luminoasă, deci ar putea să fie descoperite doar cu ajutorul razelor gama pe care eventual le-am putea măsura.

La ora actuală există mai multe telescoape, inclusiv în spaţiu, care măsoară raze gama ce provin din Univers; originea multora dintre acestea nu este încă cunoscută. S-ar putea deci că unele să provină din fenomene care au loc în halourile de materie întunecată. Viitoare experimente, împreună cu rezultate precum cel pe care vi l-am relatat, ar putea să ne ajute să lămurim rolul materiei întunecate în Univers. Evoluţia Universului depinde mult de materia întunecată dar şi mai mult de aşa-numita energie întunecată, care este unul dintre cele mai mari mistere din fizică la ora actuală.

Am văzut deci că un Univers virtual, simulat pe super-calculatoare, ne poate ajuta în studiul unor mari mistere ale ştiinţei şi poate da o mână de ajutor celor care efectuează experimente cu obiectivul de a descoperi semnale care să ne îndrepte spre o cunoaştere mai profundă a Naturii.

[Articol scris de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesor la Colegiului Naţional “Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe]