Co brak niewyjaśnionych krwawych zgonów mówi nam o ciemnej materii

Obraz słabych galaktyk NASA, ESA, M.J. Jee i H. Ford i in. (Uniwersytet Johna Hopkinsa)

Astronomowie mają na rękach zagadkę. Wszechświat wydaje się być wypełniony cząstkami, które wywierają siłę grawitacyjną, ale nie można ich zobaczyć. Tak zwana ciemna materia musi istnieć, ponieważ bez niej galaktyki po prostu rozleciałyby się, gdy się obracają.

Więc w tej chwili nasz Układ Słoneczny musi przedzierać się przez ogromne morze ciemnej materii, a fizycy biegają dookoła desperacko próbując ją znaleźć. Ale jeśli czegoś nie widzisz, jak to widzisz?

Odpowiedź brzmi, że ciemna materia powinna od czasu do czasu uderzać w materię widzialną. Sztuczka polega więc na szukaniu dowodów tych kolizji.

Dokładnie to, jak będą wyglądać te dowody, jest przedmiotem poważnej debaty. Ale dzisiaj otrzymujemy wyniki pierwszych poszukiwań dowodów na to, że stosunkowo duże cząstki ciemnej materii, zwane makrami, mogą uderzyć w ludzi i ich zabić.

Najbliższą analogią do makrokolizji z człowiekiem jest rana postrzałowa, twierdzą Jagjit Sidhu i współpracownicy z Case Western Reserve University.

To dało tym facetom ciekawy pomysł. Mówią, że ludzkość jest rodzajem detektora ciemnej materii, w tym sensie, że wszelkie niewyjaśnione rany typu postrzałowego mogą być dowodem makr ciemnej materii. Rzeczywiście, śmiertelność z tego rodzaju obrażeń dałaby dobre wyobrażenie o tym, jak powszechny musi być ten rodzaj ciemnej materii.

Najpierw trochę tła. Nasz Układ Słoneczny krąży obecnie wokół galaktyki z prędkością około 250 kilometrów na sekundę. Jeśli ciemna materia istnieje, Ziemia musi przez nią przepływać z ogromną prędkością, z nieuniknionymi kolizjami.

Jeśli ciemna materia składa się z maleńkich cząstek, zderzenia będą niewielkie — na przykład mogą powodować niewielki wzrost temperatury kryształu. Liczne eksperymenty poszukują obecnie dowodów tego rodzaju ogrzewania, jak dotąd bez powodzenia.

Większe cząstki – makra – pozostawiłyby zupełnie inny podpis. Fizycy szukali dowodów na zderzenia z makrami o charakterystycznej masie kilkudziesięciu gramów.

Zrobili to, badając minerał krzemianowy zwany miką, który ma prawie idealną drobnoziarnistą strukturę. Makro przechodzące przez taką strukturę pozostawiłoby ślad, który powinien być łatwy do zidentyfikowania pod mikroskopem.

Wszelkie osady miki na powierzchni Ziemi miałyby mnóstwo czasu na zderzenie z makrami. Ale fizycy nie znaleźli śladów ani śladów kolizji. Więc to wyklucza makra tego rozmiaru.

Masywniejsze makra o charakterystycznej masie do 50 kilogramów miałyby większą siłę niszczącą. Sidhu i spółka twierdzą, że jedną z analogii jest kula wystrzelona z najmniejszego w powszechnym użyciu karabinu kalibru .22. Mówią, że kule powodują uszkodzenia ludzkiego ciała w wyniku połączenia trwałej kawitacji, tymczasowej kawitacji i fal ciśnienia.

Jednak makra znacznie różnią się od pocisków, szczególnie pod względem szybkości i rozmiaru. Prawdopodobnie poruszają się z prędkościami naddźwiękowymi i mają znacznie mniejszy przekrój niż pociski — zaledwie kilka mikrometrów.

Tak więc makra będą miały inny destrukcyjny efekt. Uderzenie makro zwykle podgrzewa cylinder tkanki wyrzeźbionej na jego drodze do temperatury 107 kelwinów, co skutkuje rozszerzaniem się cylindra plazmy wewnątrz ciała, powiedzmy Sidhu i spółka.

Zespół kontynuuje opracowanie formuły obliczającej liczbę uderzeń, biorąc pod uwagę liczbę makrocząsteczek w naszym regionie galaktyki oraz liczbę ludzi, których są w stanie zbadać w określonym okresie.

W tym badaniu Sidhu i współpracownicy przyglądają się dobrze monitorowanym populacjom ludzi w USA, Kanadzie i Europie Zachodniej w ciągu ostatnich 10 lat. A ich głównym wynikiem jest to, że nie ma dowodów na kolizje makro z ludźmi.

To nakłada ważne ograniczenie na to, jak duże mogą być makra. Mówią, że nasze wyniki ograniczają makra do fizycznych rozmiarów zaledwie kilku mikrometrów i masy poniżej 50 kg. A kiedy ten wynik zostanie połączony z poszukiwaniami w mice, wyklucza to znaczny zakres mas i skal makro.

To interesująca praca, która pokazuje, jak nieszkodliwe dane można wykorzystać do rzucenia światła na jedną z wielkich niewyjaśnionych tajemnic naszych czasów. Brak niewyjaśnionych zgonów typu postrzałowego u ludzi jest czymś, za co wszyscy powinniśmy być wdzięczni – w szczególności kosmolodzy i fizycy cząstek elementarnych.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1907.06674 : Śmierć przez ciemną materię

ukryć