Egzotinės tamsiosios medžiagos teorijos. Jei esate visų nuostabiausių dalykų visatos gerbėjas, šis straipsnis skirtas jums.
Didžioji dalis mūsų visatos turinio yra fizikai visiškai nežinoma forma. Tai tik neapdorotas faktas, prie kurio visi turėsime priprasti. Jei kyla pagunda manyti, kad tai tik kažkoks dalykaskosmologinis problema, problema, kuri iškyla tik pačiomis didžiausiomis skalėmis, tada turiu jums blogų naujienų. Vienas iš šių paslaptingų kosmoso komponentų yra - kiek mes galime pasakyti - materijos forma.
Bet ne tik bet kokia materijos forma, kitaip mes ją jau būtume matę. Ne, mes manome, kad tai savotiškatamsi materija; dalykas, kuris tiesiog nesąveikauja su šviesa. Nėra emisijos. Nėra absorbcijos. Jokio išsklaidymo. Nieko. O tamsiosios materijos egzistavimo neturėtų būtikad stebina, ar turėtų? Galų gale, kas diktavo, kad viskas yra visatojeprivalo sąveikauti su šviesa?
Niekas nepadarė, taigi, mes čia. Jei pažvelgsite į atsitiktinę galaktiką, šviečiantys daiktai - žvaigždės, ūkas ir kt. - sudaro tik mažą dalį visos tos galaktikos masės. Tikslus „normalios“ medžiagos ir tamsiosios medžiagos santykis priklauso nuo daugelio veiksnių, tokių kaip galaktikos formavimosi istorija. Bet apskritai, kuo mažesnė galaktika, tuo daugiau joje dominuoja tamsiosios materijos.
Mažiausios galaktikos, vadinamos nykštukinėmis galaktikomis, galėtų būti patogi laboratorija tamsiosioms medžiagoms tirti. Šiose galaktikose tamsioji materija gali laisvai daryti tai, ką daro tamsioji materija, neturėdama jokios tos baisios šviesos sąveikaujančios materijos, kad iš tikrųjų apsunkintų dalykus. Jei tamsiosios materijos daro ką nors keisto (gerai, keisčiau, nei paprasčiausiai egzistuoja), pavyzdžiui, sąveikauja su savimi per silpną branduolinę jėgą, arba yra sudarytos iš kelių rūšių egzotinių dalelių, tada bet koks poveikis nykštukinėje galaktikoje pasireikš labiau nei kažkas panašaus paukščių takas.
Visa tai yra puiku ir gera, išskyrus mažą įspėjimą, kad nors visa ši įdomioji fizika vyksta po gaubtu, mums sunku tai pamatyti. Nes tamsu.
Vienas iš daugelio dalykų, kurių mes nesuprantame apie tamsiąją medžiagą, yra tai, kaip ji elgiasi galaktikų šerdyse. Paprastas galaktikos evoliucijos modeliavimas numato tai, kas vadinama „gaubtu“ - neįtikėtinai didelio tankio kietu riešutu, sėdinčiu kitaip kreminiame galaktikos centre. Bet stebėjimai to nepateisina: turėtų būti daugybė žvaigždžių, stebinčių visos tos tamsiosios medžiagos gravitacinę įtaką. Be abejo, galaktikos centre yra daugybė žvaigždžių, bet nekad daug.
Kažkas turi išlyginti centrinę tamsiąją medžiagą. Tai gali būti egzotiška sąveika pačioje tamsiojoje medžiagoje. Tai gali būti ir kasdieniškesnės priežastys, pavyzdžiui, supernovų vėjai, išpūtę dujas. Tai gali būti tiek viena, tiek kita.
Astronomai labai, labai domisi galaktikų branduoliais, ypač nykštukinėmis galaktikomis, nes būtent ten jie gali daug sužinoti apie tamsiąją medžiagą. Nepaisant jų komplikuotos, nepatogios fizikos, mums vis tiek reikia žvaigždžių ir dujų, kad galėtume stebėti, tirti ir tirti nykštukines galaktikas, tikėdamiesi, kad pavyks atsekti pagrindinės tamsiosios medžiagos elgesį. Tačiau nykštukinės galaktikos yra toli, blankios ir mažos - o jų branduoliai dar labiau.
Kaip galėtume žvilgtelėti į jų vidų?
Laimei, galaktikos turi daugiau nei žvaigždės piliečiai. Jie taip pat turi juodąsias skylutes. Milžiniški supermasyvūs jų branduoliuose ir milijonai mažesnių, plaukiojantys juose. Gali būti naudinga tai, kad milžiniškos juodosios skylės linkusios kauptis jų šeimininkų galaktikų branduoliuose. Taigi galbūt - dirbk su manimi čia - jei galėtume kažkaip ištirti juodųjų skylių elgesį nykštukinių galaktikų viduje, galbūt gautume užuominų į tamsiosios medžiagos prigimtį.
Bet juodosios skylės taip pat yra juodos ir sunkiai pastebimos. Ir maža. Ir toli. Laimei, mes neturime matyti juodųjų skylių - mes jas galime išgirsti.
Susidarius juodosioms skylėms, jos susitraukia ir iškraipo erdvės laiko audinį tiek, kad sukelia bangas, pavyzdžiui, bangos, sklindančios iš į vandenį nukritusio sunkaus akmens. Šios gravitacijos bangos pasklinda po visą erdvę šviesos greičiu, vis tiek šiek tiek tempdamos ir išspausdamos bet kokias tarpines medžiagas, kai jos prausiasi. Tiesą sakant, jūsų kūnas, kai jūs skaitote tai, yra tempiamas ir suspaudžiamas kaip glaistas nuo nesuskaičiuojamų gravitacinių bangų, einančių per Žemę.
Šias gravitacijos bangas yra beprotiškai sunku aptikti, todėl pirmieji jas išmatuojantys žmonės gavo keletą Nobelio premijų už dešimtmečius trukusias pastangas naudoti trukdančius šviesos spindulius subtiliam signalui užfiksuoti.
Bet trys mūsų gravitacinių bangų observatorijos Žemės paviršiuje negali padėti išspręsti mūsų juodųjų skylių-vidaus-nykštukės-galaktikos-tyrimo-tamsiosios materijos problemos. Tos juodosios skylės - žinomos kaipvidutinės masės juodosios skylės - yra per maži, kad susijungdami jie galėtų aptikti signalą per Pieno kelią.
Bet gravitacinių bangų observatorija kosmose galėtų. Siūloma LISA misija (kuri, kaip jūs jau spėjote įsivaizduoti, lazerinio interferometro kosmoso anteną) gali būti tinkamo jautrumo, kad pamatytų vidutinio dydžio juodųjų skylių susiliejimo signalą, kaip ir tuos, kurie yra nykštukinių galaktikų širdyse.
Remiantis nauju straipsniu, kurį neseniai priėmė Astrofizikos žurnalo laiškai, vadovaujami Tomo Tomfal iš Ciuricho universiteto, skirtingi tamsiosios materijos modeliai (ir jos galimos sąveikos su įprasta šviesą mėgstančia materija rūšimi) gali įtakoti tai, kaip dažnai ir kaip greitai juodosios skylės nykštukinėse galaktikose susilieja, ir tai yra kažkas, ką LISA gali išskirti.
Tai yra kelias aplink supratimą apie tamsiąją medžiagą, tačiau tai, kad tai kelia nerimą, yra daug žadanti.
Skaitykite daugiau: „LISA juodųjų skylių dvejetainių junginių formavimasis jungiantis nykštukinėse galaktikose: tamsiosios medžiagos įspūdis“
