Eksotisko tumšās vielas teorijas. Ja esat visu visbrīnišķīgāko lietu cienītājs, šis raksts ir domāts jums.
Lielākā daļa mūsu Visuma satura ir fizikā pilnīgi nezināmā formā. Tas ir tikai neapstrādāts fakts, ka mums visiem būs jāpierod. Ja jums ir kārdinājums domāt, ka tas ir tikai kaut kāds veidskosmoloģiskā problēma, jautājums, kas rodas tikai vislielākajos mērogos, un man jums ir sliktas ziņas. Viens no šiem noslēpumainajiem kosmosa komponentiem ir - cik mēs varam pateikt - matērijas forma.
Bet ne tikai jebkura veida lietām, citādi mēs to būtu redzējuši jau tagad. Nē, mēs domājam, ka tas ir sava veidatumšs matērija; jautājums, kas vienkārši nav mijiedarbībā ar gaismu. Nav izmešu. Nav absorbcijas. Nav izkliedes. Nekas. Un tam, ka tumšā matērija pastāv, nevajadzētu būtka pārsteidzoši, vai tā būtu? Galu galā, kurš diktēja, ka viss ir Visumāobligāti mijiedarboties ar gaismu?
Neviens to nedarīja, un tāpēc šeit mēs esam. Ja paskatās uz nejaušu galaktiku, iedegas lietas - zvaigznes, miglāji utt. - pārstāv tikai nelielu daļu no kopējā masas daudzuma šajā galaktikā. Precīza “normālas” vielas un tumšās lietas attiecība ir atkarīga no daudziem faktoriem, piemēram, galaktikas veidošanās vēstures. Bet kopumā, jo mazāka ir galaktika, jo vairāk tajā dominē tumšā matērija.
Mazākās galaktikas, kas pazīstamas kā punduru galaktikas, varētu nodrošināt ērtu laboratoriju tumšās vielas izpētei. Šajās galaktikās tumšā matērija var brīvi darīt to, ko dara tumšā matērija bez šīs nepatīkamās gaismas mijiedarbības matērijas, lai patiešām sarežģītu lietas. Ja tumšā matērija izdara kaut ko dīvainu (labi, dīvaināku nekā vienkārši eksistējošu), piemēram, mijiedarbojas ar sevi caur vāju kodolspēku, vai ja tā sastāv no dažāda veida eksotiskām daļiņām, tad jebkura ietekme punduru galaktikā izpaudīsies daudz izteiktāk nekā kaut kas līdzīgs Piena ceļš.
Tas viss ir lieliski un labi, izņemot nelielu brīdinājumu, ka, lai arī visa šī interesantā fizika notiek zem pārsega, mums to ir grūti pamanīt. Jo ir tumšs.
Viena no daudzajām lietām, kuras mēs nesaprotam par tumšo matēriju, ir tās izturēšanās galaktiku kodolos. Vienkāršas galaktikas evolūcijas simulācijas prognozē kaut ko sauc par “cusp” - cietu riekstu ar neticami lielu blīvumu, kas sēž galaktikas citādi krēmīgajā centrā. Bet novērojumi to nenozīmē: pēc visas šīs tumšās vielas gravitācijas ietekmes būtu jābūt daudz zvaigznēm. Un noteikti ir daudz zvaigžņu galaktikas centrā, bet nēka daudzi.
Kaut kam ir jāizlīdzina centrālā tumšā matērija. Tā varētu būt eksotiska mijiedarbība pašā tumšajā matērijā. Tas varētu būt ikdienišķāki cēloņi, piemēram, supernovas vēji, kas izpūš gāzi. Tas varētu būt gan viens, gan otrs.
Astronomi ir ļoti, ļoti ieinteresēti galaktiku kodolos, it īpaši punduru galaktikās, jo tieši tur viņi potenciāli var daudz uzzināt par tumšo vielu. Un, neraugoties uz viņu sarežģīto, nekārtīgo fiziku, mums joprojām ir vajadzīgas zvaigznes un gāze, lai novērotu, pārbaudītu un pētītu punduru galaktikas, cerot, ka mēs varēsim izsekot pamatā esošās tumšās vielas uzvedībai. Bet punduru galaktikas ir tālu, blāvas un mazas - un to kodoli vēl jo vairāk.
Kā mēs varētu palūrēt tajos?
Par laimi galaktikās ir vairāk nekā zvaigžņu pilsoņi. Viņiem ir arī melnie caurumi. Milzīgi supermasīvi to kodolos un miljoniem mazāku, kas peld tajos. Varētu noderēt fakts, ka milzu melnie caurumi mēdz sapulcēties savu saimnieku galaktiku kodolos. Tāpēc varbūt - strādājiet kopā ar mani šeit - ja mēs kaut kā varētu izpētīt melno caurumu uzvedību punduru galaktikās, mēs varētu iegūt dažus norādījumus par tumšās matērijas būtību.
Bet melnie caurumi ir arī melni un grūti pamanāmi. Un mazs. Un tālu. Par laimi mums nav jāredz melnie caurumi - mēs tos varam dzirdēt.
Kad melnie caurumi saduras, tie trīc un izkropļo kosmosa laika audumu tiktāl, ka tie rada viļņus, piemēram, ripples, kas izplešas no ūdenī kritušā smagā akmens. Šie smaguma viļņi izplatās visā telpā ar gaismas ātrumu, vienmēr tik nedaudz stiepjoties un izspiežot jebkuru starpbrīdi, kad tie mazgājas. Faktiski jūsu ķermenis, lasot šo rakstu, tiek vilkts un nospiests kā špakteles gabals no neskaitāmajiem gravitācijas viļņiem, kas iet caur Zemi.
Šos gravitācijas viļņus ir ārkārtīgi grūti atklāt, tāpēc pirmie, kas tos mēra, saņēma dažas Nobela prēmijas par gadu desmitiem ilgajiem centieniem izmantot traucējošos gaismas starus smalkā signāla uztveršanai.
Bet mūsu trīs gravitācijas viļņu observatorijas uz Zemes virsmas nevar mums palīdzēt ar mūsu melno caurumu-iekšpusē punduru-galaktiku-līdz izpētei-tumšās matērijas problēmu. Tie melnie caurumi, kas pazīstami kāvidējas masas melnie caurumi - ir pārāk mazi, lai, saplūstot, veiktu nosakāmu signālu šeit, Piena ceļā.
Bet gravitācijas viļņu observatorija kosmosā varētu. Ierosinātajai LISA misijai (kas apzīmē, kā jūs jau varēja nojaust, lāzera interferometra kosmosa antenu) varētu būt pareiza jutība, lai redzētu signālu par vidēja lieluma melno caurumu apvienošanos, tāpat kā tie, kas atrodami punduru galaktiku sirdīs.
Un saskaņā ar jaunu rakstu, kuru nesen akceptēja Astrofizisko žurnālu vēstules, kuru vadīja Toma Tomfal no Cīrihes universitātes, dažādi tumšās matērijas modeļi (un tā iespējamā mijiedarbība ar parasto gaismu mīlošo matērijas veidu) var ietekmēt to, cik bieži un cik ātri melnie caurumi punduru galaktikās saplūst, un tas ir kaut kas, ko LISA var atdalīt.
Tas ir apaļš ceļš uz tumšās matērijas izpratni, taču tikpat satraucošā problēma ir daudzsološa.
Lasīt vairāk: “LISA melno caurumu bināro formējumu veidošanās punduru galaktikās: tumšās vielas iespaids”
