Misterul materiei întunecate se înteţeşte. Vânătoarea particulelor misterioase la acceleratoare a rămas până în prezent fără rezultate, la fel ca şi experimentele în laboratoarele subterane. Noi observaţii astronomice, măsurând raze gamma de energii extreme, ar putea însă dezvălui semnale ale existenţei acestei materii.

Oamenii de ştiinţă nu au pace: materia întunecată, care alcătuieşte circa 85% din întreaga materia din Univers, rămâne încă un mister. Această formă de materie stă la baza structurilor din Univers, precum galaxia noastră, determinând modul în care se mişcă materia vizibilă. Stelele din galaxii urmează traiectorii generate în mare parte de atracţia gravitaţională a halourilor de materie întunecată care învăluie galaxiile şi se extind mult mai departe faţă de centrul galaxiilor decât materia vizibilă. Nu ştim din ce ar putea fi compusă această materie: ceea ce ştim este că nu emite lumină – de aceea a fost numită materie întunecată. Ar putea fi compusă din noi tipuri de particule, care interacţionează între ele prin noi tipuri de forţe. Forţele pe care le cunoaştem la ora actuală, cea nucleară puternică şi slabă, cea electromagnetică şi cea gravitaţională, ar fi deci doar o parte din forţele din Univers – în lumea particulelor materiei întunecate ar putea exista alte feluri de forţe, una sau chiar mai multe.

Pe măsură ce trece timpul misterul se înteţeşte: în ciuda experimentelor de la acceleratoarele de particule care încercau să creeze şi măsoare particule de materie întunecată, până în prezent nu s-a descoperit nimic care să nu poată să fie explicat de particulele şi interacţiunile pe care deja le cunoaştem. Nici în experimentele subterane, unde se caută semnale generate de particule de materie întunecată care să străbată aparatele noastre provenind din Univers nu s-a descoperit nimic concret până la ora de faţă.

În acest context mulţi oameni de ştiinţă îşi ridică ochii spre cer: caută adică să înţeleagă mai bine dacă există semnale datorate materiei întunecate care să fie măsurate de exemplu cu telescoapele care studiază şi scrutează Universul.

În acesta situaţie, recent, un grup de oameni de ştiinţă a combinat rezultatele a doua măsurători efectuate cu telescoapele Dark Energy Survey (DES) şi Fermi Large Area Telescope (LAT), publicând rezultatele unui interesant studiu într-un articol în  revista „Physical Review Letters”.

În primul rând grupul de cercetători a măsurat cu ajutorul efectului de lentilă gravitaţională distribuţia de materie întunecată în Univers. Lentila gravitaţională este un efect relativistic, care permite să „cântărim” masa galaxiilor, întrucât deformarea traiectoriei luminii depinde de această cantitate de materie – procesul fiind descris de teoria relativităţii generale a lui Einstein. A doua măsurătoare, cea efectuată cu LAT, a permis identificarea poziţiei în Univers de unde provin aşa-numitele raze gamma cu energii extreme; acestea sunt fotoni cu energii de multe milioane şi miliarde de ori mai mari ca cea a fotonilor luminii vizibile. Cercetătorii au constatat cum că razele gamma provin din aceleaşi regiuni din Univers în care se găsesc mari cantităţi de materie întunecată. S-ar putea deci ca razele gamma să fie generate de coliziuni dintre particulele de materie întunecată – cum ar fi de exemplu anihilări de particule şi antiparticule de materie întunecată. Există însă şi alte posibile explicaţii: razele gamma ar putea să nu aibă nimic de-a face cu materia întunecată ci să fie generate de blazări – adică găuri negre cu masa extrem de mare, care se găsesc în apropierea regiunilor observate în Univers. Aceste găuri negre atrag în interiorul lor enorme cantităţi de materie care, în căderea spre găurile negre generează câmpuri electromagnetice de unde rezultă şi raze gamma cu energii foarte mari.

Pentru a înţelege mai bine dacă semnalele observate corespund materiei întunecate sau găurilor negre, este nevoie de noi observaţii şi noi experimente. În orice caz, la ora actuală nu se ştie care este procesul ce dă naştere acestor fotoni cu energii foarte mari, oricare ar fi acest proces studiul acestuia va fi extrem de interesant şi ne va dezvălui unul dintre misterele Universului.

[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]