Iš ko sudaryta tamsi medžiaga? Tai vienas labiausiai gluminančių šiuolaikinės astronomijos klausimų. Mes žinome, kad ten yra tamsiosios materijos, nes matome akivaizdžią jos gravitacinę įtaką viskam, pradedant galaktikomis ir baigiant visos visatos evoliucija, bet nežinome, kas tai yra. Mūsų geriausias spėjimas yra tai, kad tai yra kažkokios keistos dalelės, kurios nemėgsta dažnai kalbėti su normalia materija (kitaip mes tai jau būtume matę). Viena galimybė yra tai, kad tai egzotiškos hipotetinės dalelės, žinomos kaip ašis, o astronomų komanda naudojasi ne kas kita, o juodosiomis skylėmis, kad bandytų pažvelgti į šį keistą naują kosminį kritiką.
„Axion“ darbotvarkė
Aš būsiu sąžiningas su jumis, nežinome, ar egzistuoja ašys. Jie buvo sugalvoti norint paaiškinti didelės energijos fizikos problemą. Gamtoje egzistuoja tam tikros rūšies simetrija, kai atsitiktinai sąveikaudami su daugybe subatominių dalelių ir išjungdami visų žmonių elektrinius krūvius priešingam ženklui, taip pat vykdydami procesą veidrodyje, gausite tą patį rezultatą. Tai vadinama krūvio ir pariteto simetrija arba trumpai CP-simetrija.
Ši simetrija egzistuoja visur gamtoje, išskyrus tuos atvejus, kai jos nėra, pavyzdžiui, esant silpnai branduolinei jėgai, kuri sugeba pažeisti šią simetriją, kai tik jaučiasi.
Pripažįstama, kad visos teisės, stiprios branduolinės pajėgos taip pat turėtų tai pažeisti. Matematikoje yra terminų, kurie labai akivaizdžiai sulaužo CP simetriją, tačiau nė viename iš mūsų eksperimentų nematome jokių simetrijos požymių, atsirandančių dėl stiprios branduolinės jėgos. Taigi kažkas turi būti atkurta tai simetrijai, kai ji turėtų būti sulaužyta.
Atsakymas - arba bent vienas galimas atsakymas - yra naujos rūšies dalelės, vadinamos ašimi. Ašis atkuria tam tikrą jėgos pusiausvyrą (taip, aš žinau apie Žvaigždžių karų nuorodą čia), kad būtų išsaugota CP simetrija ir kiekvienas galėtų mėgautis savo kasdieniu gyvenimu. Žinoma, iki šiol atlikti eksperimentai tiesiogiai neatskleidė ašies egzistavimo. Yra daugybė galimų masių ir savybių, kurias ašis galėtų turėti.
Tame ašyje galimų leistinų masių ir savybių diapazone įvyksta kažkas nepaprasto. Jei norime visatą užpildyti tamsiąja medžiaga, ta tam tikroji medžiaga turi turėti tam tikras savybes. Jis negali labai dažnai sąveikauti su normalia materija ir net dažnai su savimi. Taip pat to turi būti daug, jis turi būti labai stabilus ir ilgaamžis. Pasirodo, kad kai kurios galimos ašies savybės gali leisti, kad hipotetinė dalelė būtų tamsiosios medžiagos kandidatė.
Tamsiosios ašys
Jei leistume, kad ašis būtų tamsioji materija, tai paprastai būtų galima paaiškinti visus įprastus tamsiosios medžiagos pastebėjimus. Tai gali paaiškinti sukimosi kreives galaktikų viduje. Tai gali paaiškinti galaktikų judesius galaktikų klasteriuose. Jis gali būti pagamintas pakankamai gausiai ankstyvojoje Visatoje, kad atitiktų kosminių mikrobangų fono stebėjimus. Ir taip toliau.
Be to, ašys galaktikų branduoliuose gali susilieti pakankamai tvirtai, kad susidarytų vienas masyvus rutulys, kuris iš pradžių prapūstų panašų į supermasyvią juodąją skylę. Tai būtų maža, ji nesikištų į šviesą ir būtų nepaprastai masyvi. Nors naujausi „Event Horizon“ teleskopo stebėjimai mums davė aiškų milžiniškos juodosios skylės kitoje galaktikoje vaizdą, tai dar nereiškia, kad neatmetama galimybė, kad šios ašies šerdies vis dar glūdi galaktikų gelmėse visoje Visatoje. Ir būtent su šiomis galimomis ašies šerdimis mes galime susitvarkyti jų savybes.
Juodos skylės yra raktas
Be „Event Horizon“ teleskopo, tiesioginių supermasyvių juodųjų skylių stebėjimų neturime. Galime pamatyti tik aplink juos besisukančią ir sustingusią medžiagą. Iš tos medžiagos savybių galime įvertinti juodųjų skylių dydį ir masę. Taikydami šiuos metodus, per dešimtmečius mes atskleidėme labai keistus santykius: masyvesnės galaktikos savo centruose užima masyvesnes juodąsias skyles. Šis santykis iš tikrųjų yra gana glaudus ir jis mums sako, kad juodosios skylės kažkokiu būdu išsivystė kartu su jų priimančiomis galaktikomis.
Bet kaip sakiau, mes negalime tiesiogiai pastebėti juodųjų skylių. Taigi jie gali būti ne juodosios skylės. Tai gali būti ašies šerdys, slepiamos tų galaktikų centruose. Jei tai yra šis atvejis, tai nėra tai, kad juodosios skylės išsivystė kartu su jų priimančiosios galaktikomis, bet tai, kad ašinės šerdies kartu išsivystė kartu su jų priimančiomis galaktikomis. Kuo didesnė galaktika, tuo daugiau aksonų tamsiosios materijos ji gali būti, ir tuo didesnė ašies šerdis centre.
Tai reiškia, kad galime panaudoti ryšį tarp centrinio tamsaus objekto (ar tai būtų juodoji skylė, ar ašies šerdis) ir pačios galaktikos, norėdami suvaržyti ašių savybes. Tai veikia, nes jei pradėsite žaisti su ašies dalelių mase, tai turės įtakos tam, kaip lengvai galėsite suklijuoti ir suformuoti šerdį, o tai pakeis santykį su pagrindine galaktika.
Neseniai astronomų komanda panaudojo ryšį tarp juodųjų skylių ir galaktikų, kad tiksliai tai padarytų, ir sugebėjo nustatyti aksio dalelių masės viršutines ribas, kurios padės nukreipti būsimus eksperimentus ir tiesiogines paieškas. Ar ašis yra atsakinga už tamsiąją materiją visatoje? Tikimės, kad kada nors galime šiek tiek parodyti situaciją.
Skaitykite daugiau: „Ašies šerdis - halogeno masė ir juodosios skylės bei halo masės santykis: suvaržymai keliose parsec skalėse“
