უხილავი სამყარო

სამყაროზე დღევანდელი წარმოდგენა ასეთია: მის 70%-ს ფარული ენერგია შეადგენს, 25%-ს – ფარული მასა, ხოლო ჩვეულებრივი ნივთიერება – ის ნაწილაკები, რისგანაც ვარსკვლავები, მზე, პლანეტები, ადამიანები შედგება – კოსმოსის მხოლოდ 5%-ია. ეს ნიშნავს, რომ ყველაფერი, დაწყებული დედამიწიდან დამთავრებული იმით, რასაც ყველაზე დიდი ტელესკოპის მხედველობა სწვდება – ასეული მილიარდი გალაქტიკა, თითოეული ასობით მილიარდი ვარსკვლავითურთ – სამყაროს მთელი მასის მხოლოდ მეხუთედს შეადგენს. კოსმოსის 95% საიდუმლოებითაა მოცული. ეს ჯერჯერობით, რა თქმა უნდა.  

მეოცე საუკუნის ოციან წლებში ამერიკელმა ასტრონომმა ედვინ ჰაბლმა, რომლის სახელი ერთ-ერთ უდიდეს კოსმოსურ ტელესკოპს ჰქვია, ჩვენი სამყაროს მასშტაბები ერთბაშად გააფართოვა. მანამდე ჩვენი გალაქტიკის – ირმის ნახტომის – ფარგლებში ვიყავით „ჩაკეტილი”. აღმოჩნდა, რომ ანდრომედას ნისლეული, რომელიც ცაზე შეუიარაღებელი თვალით პატარა გადღაბნილი ლაქის სახით ჩანს, ცალკე გალაქტიკაა, რომელსაც ჩვენ 2.5 მილიონი სინათლის წელი გვაშორებს. ჰაბლის აღმოჩენამ ჩვენი წარმოდგენა სამყაროსა და მის სტრუქტურაზე ძირეულად შეცვალა. 

1930-იან წლებში შვეიცარიელი ასტრონომი ფრიც ცვიკი აკვირდებოდა გალაქტიკათა გროვებს და მათი მასების შეფასებას ცდილობდა. ვარსკვლავის სიკაშკაშესა და მასას შორის პირდაპირი კავშირია: რაც უფრო კაშკაშაა ის, მით უფრო მასიურია. ასევეა გალაქტიკების შემთხვევაშიც: რაც უფრო მეტად ანათებს გალაქტიკა, მით უფრო დიდია მისი მასა. ციური სხეულის მასის შეფასება სხვა მეთოდითაც არის შესაძლებელი – მოძრაობისა და ბრუნვის სიჩქარეების მიხედვით, რომელიც გრავიტაციის კანონს ეყრდნობა. მეცნიერული თეორია მაშინ ითვლება სწორად, როდესაც დამოუკიდებელი მეთოდებით მიღებული შედეგები ერთმანეთს ემთხვევა. ცვიკიმ აღმოაჩინა, რომ სიჩქარით გამოთვლილი გალაქტიკის მასა დაახლოებით 10-ჯერ აღემატებოდა სიკაშკაშის მიხედვით მიღებულ მნიშვნელობას. ასტრონომებმა ამას „დაკარგული მასის პრობლემა” უწოდეს. ბევრი ფიქრობდა, რომ ეს განსხვავება დაკვირვების დაბალი სიზუსტის ბრალი იყო და ადრე თუ გვიან პრობლემა მოგვარდებოდა. მაგრამ 1970-იან წლებში ამერიკელმა ასტრონომმა ვერა რუბინმა აღმოაჩინა, რომ სპირალური გალაქტიკების გარე ნაწილები მოსალოდნელზე გაცილებით უფრო სწრაფად ბრუნავდნენ. მიზიდულობის კანონისა და სიკაშკაშის განაწილებიდან გამომდინარე, გალაქტიკის ცენტრიდან პერიფერიისკენ ბრუნვის სიჩქარე მკვეთრად უნდა შემცირებულიყო. დაკვირვებები სხვა შედეგს აჩვენებდა: ბრუნვის სიჩქარე გალაქტიკის კიდისკენ არ კლებულობდა და თითქმის მუდმივი რჩებოდა, რაც ასევე დამატებით მასაზე მიანიშნებდა. მასის გაზომვის ამ მეთოდებს 1990-იან წლებში შეემატა უამრავი სხვაც: გრავიტაციული ლინზირება, 1a ტიპის ზეახალი ვარსკვლავები, კოსმოსური მიკროტალღური ფონი და ა.შ. ისინი ფარული მასის არსებობას ადასტურებენ.
 
აქედან ორი დასკვნის გაკეთება შეიძლება: 1. ნიუტონის მიზიდულობის კანონი და მისი განზოგადება – აინშტაინის ზოგადი ფარდობითობის თეორია დიდ მასშტაბებში სწორი არ არის, შორ მანძილებზე გრავიტაცია სხვაგვარად „იქცევა” – არა ისე, როგორც მზის სისტემის ფარგლებში და მის მახლობლად, სადაც ციური სხეულების მოძრაობის აღწერა ძალზე ზუსტად შეგვიძლია; ან 2. ჩვენ ყველაფერს ვერ ვხედავთ. არსებობს ნივთიერება, რომელიც არ ანათებს სპექტრის არც ერთ დიაპაზონში – არა მარტო ხილულში, არამედ არც ინფრაწითელში და არც რენტგენულში. ის სრულიად უხილავია ჩვენთვის.
 
ფოტო: ავტორი ავტორიშვილი
გალაქტიკური გროვების შეჯახება
ასტრონომთა ერთმა ნაწილმა პირველი დასკვნა გააკეთა და აინშტაინის თეორიის რევიზია დაიწყო. განიხილეს რამდენიმე სხვადასხვა მოდელი, რომელთაგან ზოგიერთი მართლაც ხსნიდა დაკვირვებებს. მაგრამ მათ მოგვიანებით სხვა მეთოდებით მიღებული შედეგები ვერ ახსნეს. 
ასტრონომთა დიდი უმრავლესობა კი უხილავი მასის არსებობას ემხრობა. ეს მატერია არ ჰგავს ჩვეულებრივ ნივთიერებას, ანუ ბარიონებს, რომლისგანაც ჩვენ და ვარსკვლავები შევდგებით. თავისი ბუნებით ის სრულიად განსხვავდება პროტონების, ნეიტრონებისა და ელექტრონებისგან. ის არ შედის ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებაში, რის გამოც არ ანათებს – ამიტომაცაა უხილავი. ეს ნივთიერება მხოლოდ გრავიტაციის საშუალებით იჩენს თავს. 
 
ფარული მასის ბუნების შესახებ უამრავი სხვადასხვა მოსაზრება გამოითქვა. ის შეიძლება სხვადასხვაგვარი იყოს. მისი მცირე ნაწილი ჩვეულებრივი ნივთიერების სახითაც შეიძლება გვხვდებოდეს, მაგალითად, ე.წ. ყავისფერი ჯუჯების – არშემდგარი ვარსკვლავების – სახით, ან ნეიტრინოების, მაჩოს (macho – massive compact halo object, ანუ გალაქტიკური ჰალოს მასიური კომპაქტური ობიექტები), შავი ხვრელების სახითაც. მაგრამ უმეტესწილად ფარული მასა ისეთი ნივთიერებისგან შედგება, როგორიც ჩვენ აქამდე არ შეგვხვედრია და რის შესახებაც ჯერჯერობით არაფერი ვიცით. ამიტომაც მეცნიერებს სხვადასხვა ჰიპოთეტური ნაწილაკები შემოჰყავთ. ყველაზე ფართოდ განიხილება ე.წ. ვიმპ ნაწილაკი (wimp – weakly interacting massive particle, ანუ სუსტად ურთიერთქმედი მასიური ნაწილაკი), რომლის აღმოჩენას ცდილობენ შვეიცარიის ცერნის დიდი ადრონული კოლაიდერის მეშვეობით. ამ ჰიპოთეტური ნივთიერების დანახვას სხვა მეთოდებითაც ცდილობენ, ღრმად მიწის ქვეშ მოთავსებული დეტექტორების საშუალებით. ჯერჯერობით ეს ნაწილაკები აღმოჩენილი ვერ იქნა. 
 
ფარული მასა არათანაბრადაა განაწილებული. ის უმეტესწილად გალაქტიკების განაპირას იყრის თავს. 2005 წელს სრულიად უჩვეულო ობიექტი აღმოაჩინეს – VIRGO HI21 – გალაქტიკა ვარსკვლავების გარეშე! ის თითქმის მთლიანად ფარული მასისგან შედგება, რომელშიც ცოტაოდენი წყალბადის ღრუბელია შერეული. სწორედ მისი წყალობით შეძლეს ამ გალაქტიკის აღმოჩენა, რადგანაც წყალბადი რადიოდიაპაზონში გამოასხივებს, ხოლო მისი მასა ბრუნვის სიჩქარის საშუალებით დადგინდა. როგორც იტყვიან, ასტრონომებმა ბნელ ოთახში შავ კატას მიაგნეს.
 
ახლახან ჰაბლის კოსმოსურმა და ჩანდრას რენტგენულმა ტელესკოპებმა ნამდვილი „ტიტანების ბრძოლა” აღბეჭდეს – მათ გალაქტიკათა ორი გროვის შეჯახება აღმოაჩინეს. ამ დაჯახების შედეგად ჩვეულებრივი და ფარული ნივთიერება ერთმანეთს გამოეყო.
 
მეცნიერთა უმრავლესობა ემხრობა ფარული მასის არსებობას და ეძებს მისი აღმოჩენის საშუალებებს. თუმცა არსებობს ალტერნატიული თეორიებიც: მოდიფიცირებული მიზიდულობის კანონები და კვანტური გრავიტაცია, რომელსაც ზოგჯერ „ყველაფრის თეორიას” უწოდებენ. არის სხვა ეგზოტიკური თეორიებიც. ისინი ცდილობენ დაკვირვებების ახსნას უხილავი ნივთიერების გარეშე. თუ რომელია სწორი, მომავალი გვიჩვენებს. 
 
ერთი რამ ცხადია – სამყაროს შესწავლა არასდროს იქნება მოსაწყენი. როგორც კი მოგვეჩვენება, რომ უკვე ყველაფერი ან თითქმის ყველაფერი ვიცით და მხოლოდ წვრილმანის ახსნაღა დაგვრჩა, სწორედ მაშინ, ამ „წვრილმანიდან” მოულოდნელად ისეთი საიდუმლოება წარმოაჩენს თავს, რომელიც ყველაფერს თუ არა, ბევრ წარმოდგენას თავდაყირა დააყენებს. 
 
ფარული მასა არ არის ერთადერთი კოსმოლოგიური პრობლემა. თეორიებმა უნდა ახსნას ისიც, თუ რატომ ფართოვდება სამყარო დაჩქარებული ტემპით. ამის შესახებ მეორე ნაწილში ვისაუბრებთ.

კომენტარები