Sötét anyag a Napban?
A sötét anyag kérdése már több mint hetven éve foglalkoztatja a csillagászokat és a részecskefizikusokat. A galaxisok mozgását vizsgálva a harmincas években Fritz Zwicky svájci csillagász kimutatta, hogy a látható tömegnél jóval többet kell feltételeznünk egy galaxishalmazban ahhoz, hogy a halmazt alkotó galaxisok egymáshoz képest történő elmozdulását meg tudjuk magyarázni. Azóta a sötét anyagról egy dolgot már biztosan állíthatunk: létezik, s úgy tűnik, a látható anyag tömegénél négyszer több lehet belőle. De hogy mi építi fel, nem tudni. Egyedül gravitációs hatásából következtethetünk elhelyezkedésére.
A szakemberek ma azt vizsgálják, milyen egyéb hatása lehet a sötét anyagnak vagy az azt alkotó (egyelőre nem kimutatott) részecskéknek, s hogyan lenne mérhető ez a hatás. A tudomány eddigi történetét tekintve kijelenthető, hogy a természet szeret válaszolni kérdéseinkre – ha azokat a megfelelő formában tesszük fel. Stephen West (University of London) és munkatársai, valamint Mads Frandsen és Subir Sarkar (University of Oxford) egészen érdekes elgondolással álltak elő.
Abból indultak ki, hogy a sötét anyagot egyelőre nem találtuk meg még a Naprendszerben. Van egy hely azonban, ahol még nem is kerestük, s ez a Nap belseje. Ám a Nap magjában található sötét anyagot meglehetősen nehéz volna kimutatni, így a kutatók kérdése ez volt: milyen hatása volna a Napra, ha magjában jelentős mennyiségű sötét anyag raktározódna?
A napfizika a csillagászat egy külön szakterülete. Űrszondák, űrtávcsövek figyelik évtizedek óta központi csillagunkat, melynek működése, energiatermelése, szerkezete ma már jól leírható. Magjában a hidrogén héliummá alakul, vagyis négy proton egyesülésével egy két protonból és két neutronból álló hélium atommag jön létre. A folyamatot magfúziónak nevezzük. A hatalmas felszabaduló energia már négy és félmilliárd éve fűti csillagunkat. Ha a Nap magja sötét anyagban gazdag volna, az vajon kihatna-e a Nap viselkedésére? S ha a válasz igen, ezt hogy érzékelhetnénk?
A szakemberek számítógépes szimulációk sorát végezték el. Ezek alapján kimutatták, hogy a látható anyaggal feltételezhetően alig reagáló, sötét anyagot alkotó részecskék valóban összegyűlhetnek a Nap belsejében. Ott a sötét energia elnyelheti a magfúzió során termelt energia egy részét, s ezt az energiát a Nap külsőbb rétegei felé szállíthatják. A hőelvonás a magot lassan hűtené. A sötét anyag által szállított energia a Nap külsőbb rétegeire is hatással lehet. Így például az energia áramlásában kulcsszerepet játszó, napfelszín alatt található ún. konvektív zónára is. Ez a hatás a konvektív zóna határának a megváltozását eredményezné.
A konvektív zóna határát az ún. helioszeizmológia segítségével állapították meg. Ahogyan a földrengések okozta rengéshullámokkal a Föld szerkezetére, a Nap csak nagyon precíz műszerekkel kimutatható fényváltozásaiból a Nap szerkezetére következtethetünk. Ugyanis ezekért a fényváltozásokért a Napban keletkező, s a Nap belső szerkezete által befolyásolt „rengéshullámok” felelősek. A konvektív zóna így kimért határa azonban távolabb van a Nap belsejétől, mint az a Nap energiatermelésén alapuló számításokból következne.
A már említett szimulációk szerint a konvektív zóna elhelyezkedésében rejlő ellentmondás feloldható, mivel a sötét anyag által szállított hő hatására a konvektív zóna alsó határa kissé közelebb kerülne a maghoz. Ha a számításokat tehát a sötét anyag figyelembevételével pontosítjuk, akkor a megfigyelésekkel közel egyező eredményt kaphatunk.
Nagy kérdés azonban, hogy mi lesz az elmélet sorsa. A napfizikusok szerint ugyanis nem ismert teljesen a konvektív zóna alsó határának pontos elhelyezkedése, s további megfigyelésekre van szükség, hogy a határt pontosabban meghatározzák. Így sokan úgy gondolják, a számított és a megfi gyelt érték különbségére valószínűleg egyszerűbb magyarázat is kínálkozhat.
A sötét anyag kutatása, természetének felfedése tehát továbbra is a fizika egyik legnagyobb kihívása marad. Azonban az egyre szaporodó elméletek segítségével, idővel talán képesek leszünk feltenni a természet számára a megfelelő kérdést. S ha a kérdésre választ kapunk, valamikor tényleg megfejthetjük a sötét anyag titkát.
