Materja skura

Fil-kożmoloġija, it-terminu **materja skura** jfisser il-komponent ipotetiku tal-materja li mhuwiex osservabbli direttament, billi ma jarmix radjazzjoni elettromanjetika bħall-materja magħrufa u jidher biss permezz tal-effetti gravitazzjonali 

Jistmaw li l-materja skura tagħmel il-parti l-kbira, kważi d-90%, tal-massa li hemm fl-univers.

## Tagħrif ġenerali
Minkejja l-mapep dettaljati tal-Univers viċin, li jkopru l-ispettru elettromanjetiku kollu mill-mewġ tar-radju għar-raġġi gamma, instabu biss 10% tal-massa tiegħu, kif stqarr fl-2001 lin-*New York Times* Bruce H. Margon, astronomu fl-Università ta' Washington:

L-aħħar kalkoli juru li l-materja skura tagħmel madwar 86% tal-massa tal-univers u madwar 26% tal-enerġija tiegħu.

Fil-bidu kienu jsejħulha "massa nieqsa", minkejja li effettivament hi materja li l-effetti gravitazzjonali tal-massa tagħha huma osservabbli. Però din il-materja ma tarmi l-ebda radjazzjoni elettromanjetika; għalhekk ma tistax tiġi osservata mill-istrumenti tal-analiżi spettroskopika u għal din ir-raġuni ngħatat l-aġġettiv "skura". It-terminu massa nieqsa jista' jqarraq bina billi mhux il-massa li hi nieqsa imma d-"dawl" tagħha biss.

Irridu nagħmluha ċara li l-kunċett ta' materja skura jagħmel sens biss fil-kuntest tal-mudell standard tal-kożmoloġija li nużaw illum ibbażat fuq il-Big Bang. Dan minħabba żewġ raġunijiet fundamentali: 
*b'dan il-mudell ma nistgħux nispjegaw b'mod ieħor il-formazzjoni tal-galassji u l-ġemgħat tal-galassji fiż-żmien ikkalkolat mill-bidu tal-Big Bang
*fix-xenarju kożmoloġiku li nużaw illum, li jipprevedi l-gravità bħala l-unika forza, ma nistgħux nispjegaw kif il-galassiji jistgħu jibqgħu sħaħ billi l-materja viżibbli, komposta mill-barjoni, ma tipprovdix ġibda gravitazzjonali qawwija biżżejjed.

Min-naħa l-oħra, jekk it-teorija li nużaw illum tinsab żbaljata, jista' jkun li ma jkunx hemm bżonn tal-materja skura, billi l-ipoteżi tal-eżistenza tagħha ġejja biss mill-ksur ta' mudell matematiku u mhux minn evidenza sperimentali ċerta. 

Irridu noqogħdu attenti li ma nħalltux il-materja skura ma' ipoteżi oħra li jsejħulha "enerġija skura".

## Storja

Fl-1933 l-astronomu Fritz Zwicky kien qiegħed jistudja l-mixi tal-ġemgħat ta' galassji tal-bogħod u ta' massa kbira, fil-każ partikolari tal-ġabra ta' Coma u ta' Virgo. Zwicky stima l-massa ta' kull galassja tal-ġemgħa mill-luminożità tagħha u għadd il-mases galattiċi flimkien biex jikseb il-massa totali tal-ġemgħa. Imbagħad għamel stima oħra indipendenti mill-massa totali, ibbażata fuq il-kejl tad-dispersjoni tal-veloċitajiet individwali tal-galassji fil-ġemgħa; Din it-tieni stima ta' massa dinamika kienet 400 darba akbar mill-istima bbażata fuq id-dawl tal-galassji.

Minkejja li l-evidenza sperimentali kienet diġà teżisti fi żmien Zwicky, kien biss fis-sittinijiet li x-xjenzjati bdew jiflu din id-diskrepanza b'mod sistematiku u l-eżistenza tal-materja skura bdiet tiġi kkonsidrata. L-iskoperta tagħha mhux biss solviet in-nuqqas tal-massa fil-ġemgħat ta' galassji, imma kellha konsegwenzi fil-wisgħa iżjed fuq il-kapaċità tal-bniedem li jbassar l-evoluzzjoni u d-destin tal-Univers.

Fl-2008, bis-saħħa tal-istudju ta' diversi riċerkaturi, fosthom Franċiżi u Kanadiżi  fl-Istitut tal-Astrofiżika ta' Pariġi, għandna xhieda definittiva tal-preżenza tal-materja skura. Difatti, bl-użu tat-teleskopju Canada-France-Hawaii Telescope (Cfht), li jinsab fuq il-muntanja Mauna Kea fil-Ħawaii, l-istudjużi ħarsu lejn eluf ta' xbihat biex jivverifikaw id-devjazzjoni tad-dawl fil-vjaġġ kożmiku tiegħu u kkonfermaw li dan jiddevja anki f'postijiet fejn m'hemmx mases viżibbli. Kien bis-saħħa ta' dawn l-osservazzjonijiet li instabet il-materja skura li minkejja li ma tidhirx għandha effetti gravitazzjonali.

## Xhieda potenzjali għall-materja skura
### Ir-rotazzjoni tal-Galassji

Il-kurvi tar-rotazzjoni tal-galassji spirali fornew evidenza osservattiva importanti għall-ħtieġa tal-materja skura. Dawn il-galassji fihom popolazzjoni vasta ta' kwiekeb fuq orbiti kważi ċirkolari madwar iċ-ċentru galattiku. Kif jiġri fil-każ tal-orbiti planetarji, skont it-tielet liġi ta' Kepler l-istilel bl-ikbar orbiti galattiċi għandhom l-iċken veloċitajiet orbitali; Imma t-tielet liġi ta' Kepler tapplika biss għall-kwiekeb qrib il-periferija ta' galassja spirali, billi nissoponu minn qabel li l-massa magħluqa mill-orbita hi kostanti. Ma dan kollu l-astronomi għamlu osservazzjonijiet tal-veloċitajiet orbitali tal-istilel fir-reġjuni periferiċi ta' għadd kbir ta' galassji spirali, u sabu li fl-ebda każ ma jssegwu t-tielet liġi ta' Kepler dawn il-veloċitajiet. Bil-kontra minnflok jonqsu iżjed ma tkun kbira d-distanza miċ-ċentru, il-veloċitajiet jibqgħu kostanti. L-implikazzjoni hi li l-massa magħluqa mill-orbiti tikber iżjed ma jkun kbir ir-raġġ, anki għall-istilel li mid-dehra jinstabu viċin il-limitu tal-galassja. Minkejja li tinsab ħdejn il-konfini tal-parti luminuża tal-galassja, din għandha profil ta' massa li tidher li jkompli 'l hemm sewwa mir-reġjuni okkupati mil-kwiekeb.

Fil-każ tal-istilel qrib il-periferija ta' galassja spirali, b'veloċitajiet orbitali osservati normalment ta' 200 kilometru fis-sekonda, kieku l-galassja kienet magħmula mill-materja li tidher biss, dawn l-istilel ma jdumux ma jitilquha billi l-veloċitajiet orbitali tagħhom huma erba' darbiet ikbar mill-veloċità tal-ħrib tal-galassja. La ma nosservawx galassji li qegħdin jinfirxu b'dan il-mod, fil-ġewwieni tagħhom bilfors irid ikun hemm ammont ta' massa li mhux qegħdin inqiesuha meta ngħoddu flimkien il-massa tal-partijiet viżibbli.

### Il-lentijiet gravitazzjonali

Il-lentijiet gravitazzjonali jistgħu jkunu prova oħra tal-eżistenza tal-materja skura. Il-massa viżibbli mhijiex biżżejjed biex toħloq lenti gravitazzjonali, għalhekk għal din il-lenti hemm bżonn il-preżenza ta' kwantitajiet enormi ta' materja skura biex ikun hemm massa totali kapaċi li tgħawweġ il-mogħdija tad-dawl. 

### Aspetti sperimentali

Fil-21 ta' Awwissu 2006, in-NASA ħarġet starrija għall-istampa li skontha it-teleskopju Chandra sab xhieda diretta tal-eżistenza tal-materja skura fejn jiltagħu żewġ ġemgħat ta' galassji. Fil-bidu tal-2007, l-astronomi tal-Cosmic Evolution Survey u t-Teleskopju spazjali Hubble, permezz ta' tgħarif miksub mit-teleskopju Hubble u minn strumenti fl-art, pinġew mappa tal-materja skura u wrew li dawn jippermeaw l-univers; fejn insibu materja viżibbli jkun hemm ukoll kwantitajiet kbar ta' materja skura, imma din hi preżenti wkoll fiż-żoni fejn m'hemmx materja viżibbli.

Fit-3 Ta' April 2013, ix-xjenzjati tan-NASA qalu li l-*Alpha Magnetic Spectrometer* fuq l-Istazzjon Spazjali Internazzjonali x'aktarx innota traċċja ta' materja skura. L-ewwel riżultati tal-i*Space-borne Alpha Magnetic Spectrometer* urew eċċess ta' pożitroni b'enerġija għolja fir-raġġi kożmiċi, li nistgħu nispjegah bil-preżenza tal-materja skura.

## Ipoteżijiet dwar il-materja skura

### L-ipoteżijiet prevalenti
Fil-letteratura dehru bosta teoriji biex jispegaw in-natura ta' dik li tissejjaħ "massa nieqsa", marbuta ma' diversi fenomeni. Il-materja skura kieku tinsab fid-"dlam" madwar il-kwiekeb u tinqasam b'mod fondamentali f'barjonika u mhux barjonika:

* Il-materja skura barjonika hi dik magħmula minn materja li hi għal kollox simili għal dik li tikkonstistwixxi l-istilel, il-pjaneti, it-trab interstellari, eċċ., li però ma titfsx rsdjszzjoni. Insibu xi kostitwenti oħra possibbli tal-materja skura barjonika fil-MACHO (*Massive Compact Halo Objects*), oġġetti kompatti ta' massa kbira fir-raġġiera galattika.

* Il-materja skura mhux barjonika hi rappreżentata prinċipalment mill-partiċelli ipotetiċi WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), mogħnija minn massa unitarja kbira, komposti minn materja intrinsekament differenti minn dik barjonika u jinteraġixxu b'mod dgħajjef magħha u għalhekk diffiċli li nsibuhom. Hemm min jaħseb li nistgħu nittrattawhom bħala partiċelli supersimmetriċi bħan-newtralini, jew in-newtrini bil-massa, jew assjoni, jew partiċelli oħra li mhuma osservati qatt u soġġetti biss għall-forza gravitazzjonali u għall-interazzjoni nukleari dgħajfa. Hemm tliet tipi ta' esperimenti li jippruvaw juru dawn il-partiċelli: I) billi jinħalqu f'aċċeleraturi ta' partiċelli, II) billi jqisu l-enerġija li għandhom jitilqu meta jaħbtu mal-materja ordinarja, III) it-tixjin bejn partiċelli ta' materja skura preżenti madwar iċ-ċentru tal-galassja jew tax-xemx jista' jagħti partiċelli normali, bħal newtrini, pożitroni, anti-protoni. Barra minn hekk, l-iskoperta li n-newtrino għandu xi massa, għalkemm estremament baxxa, jagħmlu kandidat biex jirrappreżenta almenu parti mill-materja skura u jista' jispjega parzjalment il-massa żejda fil-ġemgħat u superġemgħat ta' galassji, imma mhux ta' galassja waħda, għax huma jimxu b'veloċità qrib ta' dik tad-dawl u mument jew ieħor jaħarbu mill-ġibda gravitazzjonali tagħha u joħorġu minnha.

Jaħsbu li mill-inqas 90% tal-materja skura mhijiex barjonika. Infatti, billi l-abbondanza kożmika tad-dewterju (atomu tad-dewterju għal kull 100&nbsp;000 ta' idroġenu) hi estremament sensibbli għad-densità tal-materja fil-forma ta' barjoni, kieku d-densità barjonika kienet ogħla il-preżenza tad-dewterju kienet tkun ħafna iżjed baxxa. Bil-kuntrarju l-abbundanza osservata tad-dewterju hi kompatibbli mad-densità tal-materja osservata.

Qed issir ukoll distinzjoni bejn il-"materja skura kisħa", irrappreżentata essenzjalmente mill-partiċelli ipotetiċi tal-"lenti" WIMP, u l-"materja skura sħuna", irrappreżentata min-newtrini, li, kif għedna, huma partiċelli superveloċi.

### Teoriji alternattivi
Hemm minoranza ta' riċerkaturi li l-ipoteżi tal-materja skura ma jqisuhiex soddisfaċenti bħala spjegazzjoni tal-effetti osservati. Fosthom:

* Arrigo Finzi, gravitazzjoni modifikata, 1963. 
* Robert Sanders, gravitazzjoni modifikata, 1984. 
* John W. Moffatt, gravitazzjoni mhux simmetrica (NGT, Nonsymmetric Gravitational Theory), 1994
* Alexander Mayer, 2005. 
* Mordehai Milgrom, it-teorija MOND, 1981, akronimu ta' *Modified Newtonian Dynamics* (Dinamika Newtonjana Modifikata). Din tipproponi li fuq l-iskali ta' aċċelerazzjonijiet tipiċi taż-żoni esterni tal-galassji il-liġi tal-gravitazzjoni universali ta' Newton teħtieġ modifika ħafifa, b'mod li tieħu kont tal-kurvi ta' rotazzjonijiet ċatti mingħajr ma tirrikorri għall-materja skura. It-teorija MOND ġiet appoġġata u żviluppata anke mill-pijunier tat-termodinamika tal-ħofor suwed, Jacob David Bekenstein.
* Jacob Bekenstein, tensor-vector-scalar gravitation (TeVeS), 2004.
* Johan Masreliez, Scale Expanding Cosmos model (SEC), 1999. SEC hu mudell kożmoloġiku komplut ibbażat fuq it-teorija ġenerali tar-relattività. Ma tinnegax l-eżistenza tal-materja skura, imma ma għandhiex bżonn tispjega il-kurvi ta' rotazzjoni tal-galassji jew tal-anomaliji graviazzjonali oħra.
* Maurizio Michelini It-teorija tiegħu tipproponi li hemm preżenti għejun gravitazzjonali "addizzjonali" fil-kwadru ta' teorija iżjed ġenerali tal-inerzja u tal-gravitazzjoni. Il-forza gravitazzjonali tiddipendi infatti mhux mill-"massa gravitazzjonali" ta' Newton imma minn azzjoni komplessa ta' awtotarka eżerċitata fuq il-mases minn fluss ta' mikrokwanti (b'tul ta' mewġa daqs it-tul ta' Planck u enerġija żgħira ħafna) li jimlew l-univers. Il-ħbit tal-mikro-kwanti mal-mateja jiġġenera qabel kollox il-forzi tal-inerzja relattivistiċi. Barra minn hekk, fl-intern tal-korpi ċelesti superdensi il-mikro-kwanti jġarrbu għadd kbir ħafna ta' ħabtiet, jitilfu ftit mill-enerġija tagħhom u jiġġeneraw forza gravitazzjonali addizzjonali. pereżempju, il-kostanti tal-gravitazzjoni tal-istilel ta' newtroni hu daqs 200-300 darba għal G. Ġaladarba l-istilel ta' newtroni huma mifruxin mal-galassji, jista' jkun biżżejjed li jirappreżentaw 2-3% tal-massa totali biex jagħmlu effett gravitazzjonali biżżejjed biex jispjega (flimkien mal-kontritribut tal-popolazzjonijiet ta' nani kanella) il-veloċitajiet ta' rotazzjoni għolja li jiġu osservati.
* Dragan Slavkov Hajdukovic, fiżiku mas-CERN ippropona teorija ġdida li tistħajjel il-materja skura bħala illużjoni maħluqa mill-polarizzazzjoni gravitazzjonali. Biex nieħdu eżempju jekk indaħħlu pjanċa dielettrika f'kapaċitur ċatt parallel imbagħad bħala riżultat ikollna tnaqqis fil-kampo elettriku bejn il-pjanċi. Dan it-tnaqqis hu dovut għall-fatt li ċ-ċarġijiet elettriċi ta' sinjal oppost jattiraw lil xulxin, imma kieku ċ-ċarġijiet elettriċi ta' sinjal oppost kienu repulsivi, minflok attrattivi, il-kampo elettriku kien jiżdied. La ċ-ċarġijiet gravitazzjonali ta' sinjal oppost huma repulsivi jiġri li l-kamp gravitazzjonali jiżdied u hekk il-materja skura tkun biss illużjoni.

It-teoriji li jipproponu xi modifika tad-dipendenza tal-kamp gravitazzjonali fuq id-distanza intwerew li mhumiex adattati biex jispjegaw il-kurvi ta' rotazzjoni tal-galassji spirali, għax il-previżjonijiet tagħhom jirriżultaw f'kunflitt ma' xhieda osservattiva oħra li hi universalment aċċettata. 

S'issa l-ebda teorija mhi aċċettata għal kollox mill-komunità astronomika billi attwalment hu impossibbli li tiġi verifikata b'mod risoluttiv.

## Noti u referenzi


## Ħoloq esterni

* Alla ricerca della materia oscura, percorso divulgativo - ScienzaPerTutti
*What is dark matter? fuq cosmosmagazine.com
*The Dark Matter Crisis  Pavel Kroupa, 18 ta' Awwissu 2010
*The European astroparticle physics network
*Helmholtz Alliance for Astroparticle Physics
* Les secrets de la matière noire, Futura-Sciences / Richard Taillet
* Matière Noire, Richard Taillet
* La matière noire cartographiée, Futura-Sciences

Esperimenti għat-tfittix tal-materja skura:
* DAMA
* WARP
* CDMS
* CRESST
* EDELWEISS
* XENON
* UKDM Project