Cum este distribuită materia în Univers? Întrebare simplă, la care însă nu este tot aşa de simplu de răspuns. Se pare că această are o structura filamentara şi că în mare parte Universul este “gol”.
Totuşi, chiar şi în spaţiile enorme dintre filamente materia ar putea există – aşa cum a fost demonstrat de un grup de cercetători austrieci care au efectuat cea mai mare simulare pe calculator al proceselor care au dus la distribuirea actuală a materiei în Univers. Găurile negre ar putea juca un rol important – acestea, conform simulărilor, ar “aruncă” materia în spaţiul gol dintre filamente.
Reţeta Universului nostru ne spune că acesta este alcătuit din circa 5% materie normală (adică cea pe care o cunoaştem şi pe care o studiem în laboratoarele noastre), din aproximativ 25% materie întunecată (pe care o vânăm de zor la acceleratoare, în spaţiu şi în laboratoarele subterane) şi cam 70% energie întunecată (marele mister al fizicii moderne). Materia „normală”, adică cea alcătuită din protoni, neutroni şi electroni – care formează nuclee şi atomi – este la rândul ei distribuită atât în galaxii şi mari grupări de galaxii, cât şi sub formă de gaz intergalactic. Cum sunt însă distribuite galaxiile şi gazul în Univers? Observaţiile astronomic ne spun că galaxiile şi marile grupări de galaxii sunt distribuite total neuniform în Univers – acestea se grupează în filamente, un fel de „pânză de păianjen cosmică”. Aceste filamente ocupă un volum foarte mic din Univers – se pare deci că Universul este alcătuit mai mult din spaţii fără materie, cel puţin aşa se credea până la nouă descoperire a cercetătorilor de la Institute of Astro- and Particle Physics at the University of Innsbruck, Austria, care au efectuat cea mai importantă simulare pe calculator a proceselor care au avut loc în Univers şi a evoluţiei acestuia începând cu anul 300.000 după Big Bang (perioada în care radiaţia s-a separat de materie). Proiectul, pe nume Illustris, a generat un cub de materie cu latura de 350 milioane ani lumina şi i-a urmărit evoluţia (ţinând cont de expansiunea Universului) până la ora actuală. Este cea mai puternică simulare efectuată până la ora actuală. Care au fost concluziile cercetătorilor în urmă acestui studiu care va fi publicat în Royal Astronomical Society? Se pare că galaxiile şi marile grupări de galaxii ocupă un volum din Univers de doar 0.2%! Extrem de puţin. Acestea reprezintă cam 50% din materia cunoscută din Univers. Cam 44% din materie este reprezentată de gazul intergalactix – acesta este distribuit în jurul filaentelor care conţin galaxiile, ocupând cam 20% din Univers. Cercetătorii austrieci au descoperit însă un fapt relativ curios: cam 6% din materie este situată în spaţiile libere dintre filamente. Cum a ajuns această materie acolo? Se pare că un rol important l-au avut găurile negre suermasive care se găsesc în centrul galaxiilor (inclusiv a noastră). Acestea transformă parte din materia care „cade” în interiorul lor în energie – această energie este transferată gazului din galaxie, rezultând în jeturi enorme de materie. Această materie este practic aruncată la distanţe enorme faţă de galaxia „mama”, ajungând astfel în spaţiile goale dintre galaxii. Găurile negre distribuie deci materia în Univers, mai ales în spaţiile libere dintre galaxii, având un rol extrem de important în structura Universului. Această descoperire ne ajută să înţelegem mai bine cum este alcătuit Universul nostru. Mai sunt însă de dezlegat multe mistere: printre care cele ale materiei şi energiei întunecate. Din ce anume sunt alcătuite acestea? Şi cum sunt distribuite în Univers? Energia întunecată evoluează la rândul ei? La aceste întrebări încearcă să răspundă la ora actuală fizică modernă – atât prin experimente subterane, la acceleratoarele de particule şi în spaţiu, cât şi prin teoriile şi simulările pe calculator, precum cea pe care v-am prezentat-o în acest articol.
Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro