Ciemna materia

Jak wykazują pomiary astronomiczne, nawet 90 lub więcej procent masy Wszechświata stanowi "ciemna materia". Nie emituje ona światła, ani żadnej innej, możliwej do detekcji, formy promieniowania, przez co nie możemy jej "zobaczyć". Mimo to jej obecność jest wykrywalna poprzez jej grawitacyjne oddziaływanie na widzialną "zwykłą" materię. Przykładowo, gwiazdy w galaktykach okazują się poruszać dużo szybciej, niż powinno się to odbywać wyłącznie pod wpływem materii widocznej w galaktykach.

Komputerowa rekonstrukcja przekroju gestosci powierzchniowej ciemnej materii w gromadzie CL0024+1654

Soczewkowanie grawitacyjne odległej galaktyki na bliższej nam, oddalonej o dwa biliony lat świetlnych, gromadzie galaktyk pozwoliło na rekonstrukcję całkowitej masy tej gromady. Rekonstrukcja wykazała, że ciemna materia znajdująca się w gromadzie przewyższa swą masą masę wszystkich gwiazd w niej zawartych aż 250 razy. Obok widzimy, ukazany w rzucie, przekrój gęstości powierzchniowej ciemnej materii w gromadzie CL0024+1654. Został on uzyskany dzięki komputerowej rekonstrukcji - kolory zostały nadane przez komputer. Całkowita masa gromady to ponad 300 trylionów razy masa Ziemi. Pojedyncze galaktyki widoczne są jako wierzchołki przekroju. (PODZIĘKOWANIA: Greg Kochanski, Ian Dell'Antonio i Tony Tyson - Bell Labs, Lucent Technologies).

Wielkie planety lub martwe gwiazdy zbudowane ze zwykłych protonów i neutronów mogą stanowić część ciemnej materii. Teorie kosmologiczne mówią jednak, że jej wielka część musi przybierać całkowicie odmienną postać. Jakakolwiek jest natura tej materii, musi ona bardzo słabo oddziaływać z materią zwykłą, gdyż w innym wypadku już dawno zostałaby wykryta. Być może, że oddziałujące w procesach słabych cząstki, zwane neutrinami, posiadając niewielką masę mogłyby tworzyć ciemną materię. Ich zachowanie sprawia jednak problemy w teoriach opisujących proces formowania się galaktyk.

Ciemna materia mogłaby również występować w postaci cząstek przewidywanych przez teorię, lecz do tej pory nie zaobserwowanych. Idea "supersymetrii" wiąże ze sobą cząstki materii z cząstkami przenoszącymi oddziaływania i dodatkowo zakłada istnienie ciężkich "supercząstek". Najlżejsze z nich mogą być stabilne a ich wielka liczba powstała we wczesnym Wszechświecie mogłaby, gromadząc się, uformować obserwowane dzisiaj struktury ciemnej materii w skali galaktyk.