Un studiu efectuat asupra galaxiilor pitice din clusterul de galaxii Fornax arată cum că observațiile astronomice asupra acestui cluster ar putea fi explicate modificând legea atracției gravitaționale, mai bine decât prin introducerea de materie întunecată.

Materia întunecată

Materia întunecată ar fi o formă de materie care exercită atracție gravitațională, însă nu emite lumină și nu interacționează cu materia pe care o cunoaștem decât, eventual, pe lângă gravitație, prin noi forțe încă necunoscute. Această formă de materie a fost introdusă în fizică pentru a explica de exemplu viteza de rotație a stelelor în periferia galaxiilor, care este prea mare ca să fie explicată doar prin atracția gravitațională exercitată de materia pe care o cunoaștem. Din ce ar fi alcătuită această materie întunecată? Se crede că ar putea fi compusă din particule care nu aparțin așa-numitului Model Standard al fizicii particulelor elementare. Particule care sunt căutate în experimente atât la acceleratoarele de particule cât și în experimente în laboratoare subterane, unde particulele de materie întunecată, interacționând cu detectoarele noastre, ar lăsa urme măsurabile. Problema este că până în prezent nu s-a reușit să se descopere nici o nouă particulă care ar putea explică materia întunecată. Experimentele continuă, fiind din ce în ce mai sensibile pentru eventuala descoperire a materiei întunecate. Între timp, pe lângă experimentele amintite, observațiile astronomice ne ajută să înțelegem mai bine comportamentul acestei materii misterioase.

Clusterul de galaxii (pitice) Fornax

La circa 62 milioane ani-lumină față de noi se găsește clusterul de galaxii Fornax, cu o masă totală de circa 7 înmulțit cu 10 la puterea a 13-a ori masa Soarelui. Acest cluster este relativ aproape de noi, ceea ce are avantajul că îl putem studia destul de bine cu instrumentele noastre. Fornax conține galaxii pitice. Galaxii care – se crede – ar fi învăluite de materie întunecată, materie care ar contribui la gravitația acestor galaxii. Într-o grupare de galaxii însă se exercită așa-numitele efecte de maree – deformări ale galaxiilor din cauza gravitației diferite între diverse regiuni ale galaxiei. Galaxiile din Fornax au fost studiate cu instrumentul VLT Survey Telescope of the European Southern Observatory.

Un studiu interesant: modificarea legii gravitației?

Un nou studiu a analizat aceste galaxii și efectele de maree exercitate asupra lor. Aceste efecte sunt mai puternice atunci când galaxiile sunt mai aproape de centrul clusterului de galaxii sau atunci când galaxiile au dimensiuni relativ mari însă conțin puțină materie. Noul studiu – rezultatele căruia au fost publicate într-un articol în revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society – arată cum că aceste galaxii, chiar dacă înconjurate de materie întunecată, nu ar fi trebuit să supraviețuiască chiar și atunci când efectele de maree ar fi exercitate de o gravitație de circa 64 de ori mai mică decât gravitația internă a galaxiilor; totuși... galaxiile încă există. Pentru a explica acest interesant rezultat cercetătorii au folosit un model care modifică legea gravitației (un așa-numit MOND), în cadrul căruia gravitația se modifică – fiind mai puternică – la accelerații mai mici. Cu acest model cercetătorii au reușit să explice rezultatele observațiilor astronomice.

Modificăm deci atracția gravitațională?

Ce înseamnă acest rezultat? Nu mai avem nevoie de materie întunecată și modificăm legea atracției gravitaționale? Nu – nu încă. Acest rezultat trebuie verificat și eventual confirmat prin studiul altor galaxii; cum ar fi galaxii pitice în alte clustere de galaxii cu alte caracteristici – unde efectele de maree ar trebui să fie și mai puternice.

Deocamdată materia întunecată rezistă – și experimentele care o caută sunt importante, deoarece descoperirea unor noi particule, care nu fac parte din Modelul Standard, ar arăta cum că în Univers este loc și pentru materie întunecată. Dovezile unor modificări ale atracției gravitaționale, în ciuda acestui studiu, sunt, deocamdată, încă neconfirmate.

Credit imagine: Venhola et al. 2018

Rubrică realizată 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, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe