Nuo „Auksinio bendrojo reliatyvumo amžiaus“ septintajame dešimtmetyje, mokslininkai teigė, kad didžiąją dalį Visatos sudaro paslaptinga nematoma masė, vadinama „Tamsiaisiais dalykais“. Nuo to laiko mokslininkai bandė išspręsti šią paslaptį dviguba linkme. Viena vertus, astrofizikai bandė rasti dalelę kandidatą, kuri galėtų atspindėti šią masę.
Kita vertus, astrofizikai bandė rasti teorinį pagrindą, kuris galėtų paaiškinti „Dark Matter“ elgesį. Iki šiol diskusijose daugiausia dėmesio buvo skiriama klausimui, ar tai „karšta“, ar „šalta“, o šaltas dėl santykinio paprastumo turi pranašumą. Tačiau naujas tyrimas, kurį vedė Harvardo-Smithsoniano astrofizikos centras (CfA)
Tai buvo paremta kosmologiniais galaktikų formavimosi modeliavimais, naudojant Visatos modelį, apimantį interaktyvią tamsiąją medžiagą. Modeliavimą atliko tarptautinė tyrėjų komanda iš CfA, MIT Kavli astrofizikos ir kosmoso tyrimų instituto, Leibnizo astrofizikos instituto Potsdame ir daugelio universitetų. Tyrimas neseniai pasirodė Mėnesiniai Karališkosios astronomijos draugijos pranešimai.
Kai kalbama apie tai, „Dark Matter“ yra tinkamai pavadintas. Pradedantiesiems ji sudaro apie 84% Visatos masės, tačiau nei ji skleidžia, nei sugeria ir neatspindi šviesos ar kitos žinomos radiacijos formos. Antra, jis neturi elektromagnetinio krūvio ir nesąveikauja su kitomis medžiagomis, išskyrus per gravitaciją, silpniausią iš keturių pagrindinių jėgų.
Trečia, jis nėra sudarytas iš atomų ar jiems įprastų elementų (t. Y. Elektronų, protonų ir neutronų), o tai prisideda prie jo paslaptingos prigimties. Dėl to mokslininkai teoretikuoja, kad ji turi būti sudaryta iš kažkokios naujos rūšies medžiagos, kuri atitiktų Visatos įstatymus, bet neparodyta įprastų dalelių fizikos tyrimuose.
Nepaisant tikrojo pobūdžio, „Dark Matter“ padarė didelę įtaką kosmoso evoliucijai maždaug po 1 milijardo metų po Didžiojo sprogimo. Tiesą sakant, manoma, kad jis suvaidino pagrindinį vaidmenį visame pasaulyje, pradedant galaktikų formavimu ir baigiant kosminės mikrobangos fono (CMB) radiacijos pasiskirstymu.
Be to, kosmologiniai modeliai, kuriuose atsižvelgiama į „Dark Matter“ vaidmenį, yra pagrįsti šių dviejų labai skirtingų kosminių struktūrų tipų stebėjimais. Jie taip pat atitinka tokius kosminius parametrus, kaip Visatos plėtimosi greitis, kurį pati veikia paslaptinga, nematoma jėga (žinoma kaip „tamsi energija“).
Šiuo metu plačiausiai priimami „Dark Matter“ modeliai daro prielaidą, kad jis nesąveikauja su jokiomis kitomis medžiagomis ar radiacija (įskaitant save), veikdamas gravitacijos įtakos, t. Y., Kad yra „šaltas“. Tai yra tai, kas žinoma kaip šaltojo tamsiojo materija (CDM) scenarijus, kuris dažnai derinamas su tamsiosios energijos teorija (atstovaujama Lambda) LCDM kosmologinio modelio pavidalu.
Ši teorinė „Dark Matter“ forma dar vadinama
„[CDM] yra labiausiai patikrintas ir tinkamiausias modelis. Pirmiausia taip yra todėl, kad maždaug per pastaruosius keturis dešimtmečius žmonės sunkiai dirbo, norėdami numatyti prognozes, naudodami šaltą tamsiąją medžiagą kaip standartinę paradigmą - vėliau jie palyginami su tikraisiais duomenimis - pastebėję, kad apskritai šis modelis sugeba atkuria platų stebimų reiškinių spektrą įvairiose skalėse. “
Kaip jis apibūdina, šaltojo „Dark Matter“ scenarijus tapo pirmuoju dalyviu po to, kai skaitmeniniai kosminės evoliucijos modeliavimai buvo atlikti naudojant „karštąją tamsiąją medžiagą“ - šiuo atveju neutriną. Tai yra subatominės dalelės, labai panašios į an
Šie modeliavimai parodė, kad numatomi pasiskirstymai atrodė ne taip, kaip šiandien daro Visata “, - pridūrė Bose'as. „Dėl šios priežasties buvo pradėta svarstyti priešingą ribą - dalelėms, kurios vos gimdamos neturi greičio (dar žinomos kaip„ šaltos “). Modeliavimas, kuriame dalyvavo šis kandidatas, daug tiksliau atitinka šiuolaikinius Visatos stebėjimus.
„Atlikę tuos pačius galaktikų grupavimo bandymus, kaip ir anksčiau, astronomai rado stulbinantį susitarimą tarp modeliuojamos ir stebimos visatos. Vėlesniais dešimtmečiais šaltos dalelės buvo išbandytos atliekant griežtesnius, ne trivialius testus, o ne vien atliekant galaktikų klasterizavimą, ir paprastai kiekvienas iš jų buvo išlaikytas skraidančiomis spalvomis. “
Kitas patrauklumo šaltinis yra tai, kad šaltieji tamsūs dalykai (bent jau teoriškai) turėtų būti aptinkami tiesiogiai arba netiesiogiai. Tačiau CDM susiduria su problemomis, nes visi bandymai aptikti vieną dalelę iki šiol nepavyko. Taigi kosmologai ėmėsi svarstyti kitus galimus kandidatus, kurie turėtų dar mažesnį sąveiką su kita materija.
Štai ką su savo tyrėjų komanda siekė išsiaiškinti CfA astronomas Sownakas Bose'as. Studijų tikslais jie sutelkė dėmesį į „šiltą“ „Dark Matter“ kandidatą. Šio tipo dalelės turėtų galimybę subtiliai sąveikauti su labai lengvomis dalelėmis, kurios juda arti šviesos greičio, nors ir mažiau nei interaktyvi „karšta“ rūšis.
Visų pirma, ji galėtų būti sąveikaujanti su neutralinais, buvusiais HDM scenarijaus lyderiais. Manoma, kad neutrinai buvo labai paplitę per karštą ankstyvąją Visatą, todėl sąveikaujanti Tamsioji medžiaga būtų padariusi didelę įtaką.
„Šios klasės modeliuose„ Dark Matter “dalelėms leidžiama ribota (bet silpna) sąveika su spinduliuojančiomis rūšimis, tokiomis kaip fotonai ar neutrinai“, - sakė daktaras Bose'as. „Šis sujungimas ankstyvaisiais laikais palieka gana unikalų visatos„ vienatvės “įspaudą, kuris labai skiriasi nuo to, ko galima tikėtis, jei„ Dark Matter “būtų šalta dalelė.“
Norėdami tai išbandyti, komanda atliko moderniausius kosmologinius modeliavimus Harvardo ir Islandijos universiteto superkompiuterių įrenginiuose. Atliekant šį modeliavimą buvo svarstoma, kaip galaktikų susidarymą paveiks tiek šilti, tiek tamsūs dalykai - nuo maždaug 1 milijardo po Didžiojo sprogimo iki 14 milijardų metų (apytiksliai dabarties). Sakė daktaras Bosas:
„Norėdami atlikti supratimą, kaip ši visata gali atrodyti po 14 milijardų evoliucijos metų, atlikome kompiuterinius modeliavimus. Be „Dark Matter“ komponento modeliavimo, mes taip pat įtraukėme naujausius reikalavimus žvaigždžių formavimui, supernovų ir juodųjų skylių poveikiui, metalų formavimui. ir tt.”
Tada komanda palygino rezultatus tarpusavyje, kad būtų nustatyti būdingi parašai, kurie skirtųsi vienas nuo kito. Jie nustatė, kad daugeliui modeliavimo šios interaktyvios „Tamsos medžiagos“ poveikis buvo per mažas, kad būtų pastebimas. Tačiau jie egzistavo skirtingais būdais, ypač tuo, kaip tolimos galaktikos yra pasiskirstę visoje erdvėje.
Šis pastebėjimas yra ypač įdomus, nes jį galima išbandyti ateityje naudojant naujos kartos instrumentus. „Būdas tai padaryti yra pavaizduoti Visatos nuosmukį šiais ankstyvaisiais laikais, įvertinant vandenilio dujų pasiskirstymą“, - aiškino dr. „Stebėtina, kad tai yra nusistovėjusi technika: ankstyvojoje visatoje galime nustatyti neutralų vandenilį, žiūrėdami į tolimų galaktikų (dažniausiai kvazarų) spektrus.“
Trumpai tariant, šviesa, keliaujanti į mus iš tolimų galaktikų, turi praeiti per tarpgalaktinę terpę. Jei tarpinėje terpėje yra daug neutralaus vandenilio, emisijos linijos iš galaktikos bus absorbuotos iš dalies, tuo tarpu, jei jų mažai, jos netrukdys. Jei „Dark Matter“ yra tikrai šaltas, jis bus žymiai „lengvesnis“ vandenilio dujų pasiskirstymas, o WDM scenarijus sukels svyruojančius gabalus.
Šiuo metu astronominiai prietaisai neturi reikiamos skiriamosios galios vandenilio dujų virpesiams matuoti ankstyvojoje Visatoje. Bet, kaip nurodė daktaras Bose'as, šis tyrimas galėtų suteikti impulsą naujiems eksperimentams ir naujoms priemonėms, kurios galėtų atlikti šiuos pastebėjimus.
Pavyzdžiui, IR instrumentas kaip Džeimso Webbo kosminis teleskopas (JWST) galėtų būti naudojami kuriant naujus vandenilio dujų sugerties pasiskirstymo žemėlapius. Šie žemėlapiai galėtų patvirtinti interaktyvios tamsiosios medžiagos įtaką arba atmesti ją kaip kandidatą. Taip pat tikimasi, kad šis tyrimas paskatins žmones galvoti apie kandidatus, kurie jau yra svarstomi.
Galų gale, pasak dr. Bose'o, tikroji vertė kyla iš to, kad tokios teorinės prognozės gali paskatinti stebėjimus į naujas ribas ir išbandyti tai, ką, mūsų manymu, žinome. "Ir tai yra viskas, ką iš tikrųjų yra mokslas", - pridūrė jis.
