Teoria MOND, sfârşitul materiei întunecate?

Materia întunecată este cea mai bună explicaţie pe care o avem pentru faptul că galaxiile îşi păstrează forma şi stabilitatea chiar şi atunci când acestea nu par suficient de masive pentru a exercita o atracţie gravitaţională suficient de mare. În prezent, o teorie alternativă, care a fost în mare măsură respinsă până acum, este susţinută de mai multe dovezi şi în acest fel ipoteza existenţei materiei întunecate este pusă sub semnul întrebării.

Materia întunecată, cea care presupune existenţa unor particule masive sau a unor altor forme de materie care nu sunt detectabile prin mijloacele convenţionale, dar care au efecte gravitaţionale, este în general acceptată de către fizicieni, chiar dacă existenţa ei este contestată în anumite cercuri ştiinţifice. Eu nu doresc să vă prezint din nou care sunt argumentele care susţin existenţa materiei întunecate deoarece dr. Dave Goldberg vi le-a prezentat anterior într-o manieră mai bună decât aş putea s-o fac eu vreodată. Cu toate acestea au existat încercări de a susţine diferite teorii alternative la modelul materiei întunecate şi cea mai cunoscută dintre ele este, probabil, teoria dinamicii newtoniene modificate sau MOND (Modified Newtonian Dynamics).

Credit imagine: Marius Krivicius/Shutterstock

În anul 1983, fizicianul israelian Moti Milgrom a emis ipoteza că există o caracteristică care lipseşte din modul în care înţelegem dinamica newtoniană. Practic, unei acceleraţii foarte scăzute a stelelor dintr-o galaxie îi corespunde o creştere a forţei gravitaţionale care este necesară pentru a ţine galaxia unită. Ideea a fost că toate studiile anterioare cu privire la galaxii s-au confruntat cu valori relativ mari ale acceleraţiei, dar la o scară a distanţelor cosmice acceleraţia se comportă într-un mod complet diferit şi este necesară modificarea legii de variaţie a acesteia.

Teoria MOND şi-a câştigat unii susţinători atunci când a fost capabilă să prezică în mod corect vitezele observate de rotaţie a galaxiilor, dar susţinerea sa a avut de suferit atunci când analiza radiaţiei cosmice de fond, un ecou al resturilor de energie rămase în urma Big Bangului, a furnizat unele dovezi extrem de convingătoare pentru teoria materiei întunecate.

Fizicianul Stacy McGaugh de la University of Maryland nu a renunţat însă la teoria MOND. Mai mult, el crede acum că a găsit unele dovezi importante cu privire la ea. A studiat vitezele de rotaţie ale galaxiilor cu un conţinut mare de gaz şi a descoperit că cele mai masive galaxii se rotesc proporţional mai repede decât galaxiile mai puţin masive, în conformitate cu predicţiile teoriei MOND. Modelul teoretic al materiei întunecate, pe de altă parte, generează mai multe erori în ceea ce priveşte estimarea acestor viteze de rotaţie speciale.

Ce înseamnă asta? Cu siguranţă nu înseamnă că trebuie să renunţăm la ipoteza materiei întunecate. Acesta este doar un rezultat particular care sugerează, dar nu dovedeşte, că în anumite circumstanţe teoria MOND pare a descrie galaxiile mai bine decât modelul materiei întunecate. Acesta este un rezultat important, dar el nu este suficient pentru a răsturna dovezile experimentale pe care noi deja le-am obţinut în urma studiului radiaţiei cosmice de fond şi a altor observaţii care susţin, în mod clar, existenţa materiei întunecate.

Rezultatul obţinut prin aplicarea teoriei MOND ar putea să ne spună că înţelegerea noastră cu privire la conceptul de materie întunecată este mult mai incomplet decât am fi crezut şi că este posibil să existe unele interacţiuni de tipul celor descrise de teoria MOND. Într-adevăr, chiar McGaugh afirmă că rezultatul obţinut ar trebui să fie, probabil, analizat în contextul existenţei materiei întunecate.

„Cred că ne poate spune ceva despre natură. Poate ne spune ceva despre natura materiei întunecate".

O posibilitate ar fi ca materia întunecată şi materia obişnuită să interacţioneze în diferite moduri care ar modifica cantitatea de materie întunecată care se crede că există la nivel cosmic. În prezent se consideră că aceasta ar reprezenta aproximativ 5/6 din toată materia din Univers. În galaxiile cu un conţinut mare de gaz această valoare ar putea fi mult redusă, ceea ce ar explica de ce modelele pe bază de materie întunecată nu au fost în măsură să descrie galaxiile atât de exact precum a putut teoria MOND. Cosmologul Priyamvada Natarajan de la Yale University subliniază că există încă o mulţime de situaţii în care teoria MOND pur şi simplu nu funcţionează, dar studiul lui McGaugh ar putea indica existenţa unor fenomene încă necunoscute.

„Se dezvăluie existenţa unor procese fizice pe care noi nu le înţelegem. Noi nu înţelegem pe deplin modul prin care materia barionică (materia obişnuită) şi materia întunecată interacţionează reciproc. Eu văd acest lucru ca pe o provocare. Ea ne arată calea de urmat".