Eksootilised tumeaine teooriad. Kui olete kõigi universumi fantastiliste asjade fänn, siis on see artikkel teie jaoks.
Enamik meie universumi sisust on füüsika jaoks täiesti tundmatu kuju. See on lihtsalt toores fakt, et me peame kõik ära harjuma. Kui teil on kiusatus mõelda, et see on lihtsalt mingisugunekosmoloogiline See on probleem, küsimus, mis kerkib ainult kõige suuremas mastaabis, ja mul on teile teile halbu uudiseid. Üks neist kosmose salapärastest komponentidest on - niipalju kui me võime öelda - mateeria vorm.
Kuid mitte ainult mis tahes vormis, muidu oleksime seda praeguseks juba näinud. Ei, me arvame, et see on omamooditume mateeria; asi, mis lihtsalt ei suhelda valgusega. Emissioon puudub. Imendumine puudub. Ei hajumist. Mitte midagi. Ja see, et tume aine on olemas, ei tohiks seda ollaseda üllatav, kas peaks? Lõppude lõpuks, kes dikteeris seda kõike universumispeab suhelda valgusega?
Keegi ei teinud ja siin me siis oleme. Kui vaadata juhuslikku galaktikat, siis süttivad asjad - tähed, udud jne - moodustavad ainult väikese osa selle galaktika kogumassist. „Normaalse” aine ja tumedate asjade täpne suhe sõltub paljudest teguritest, näiteks galaktika kujunemisloost. Kuid üldiselt, mida väiksem on galaktika, seda enam domineerib selles tumeaine.
Väikseimad galaktikad, mida nimetatakse kääbusgalaktikateks, võiksid olla mugav laboratoorium tumeaine uurimiseks. Nendes galaktikates võib tumeaine vabalt teha seda, mida tumeaine teeb ilma ühegi selle häiriva valgusega interakteeruva aineta, et asju tegelikult keeruliseks muuta. Kui tume mateeria teeb midagi imelikku (hästi, võõras kui lihtsalt olemasolev), nagu suhtleb nõrga tuumajõu kaudu iseendaga või koosneb mitmest erinevast eksootilisest osakestest, siis avaldavad kõik mõjud kääbusgalaktikas rohkem kui midagi sellist Linnutee.
See kõik on suurepärane ja hea, välja arvatud väike hoiatus, et kuigi kõik need huvitavad füüsikad toimuvad kapoti all, on meil raske seda näha. Sest on pime.
Üks asi paljudest asjadest, millest me tumeda aine kohta aru ei saa, on see, kuidas see käitub galaktikate tuumades. Galaktika evolutsiooni lihtsad simulatsioonid ennustavad midagi, mida nimetatakse “nõksuks” - uskumatult suure tihedusega kõvaks pähkliks, mis istub galaktika muidu kreemjas keskosas. Kuid vaatlused ei tühjenda seda: kogu selle tumeda aine gravitatsioonilisele mõjule peaks järgnema palju tähti. Ja galaktika keskel on kindlasti palju tähti, kuid mitteseda palju.
Midagi peab keskne tumeaine siluma. See võib olla eksootiline interaktsioon pimeduses. See võib olla arglikum põhjus, näiteks supernoovade tuuled, mis gaasi välja puhuvad. See võib olla mõlemad või mitte.
Astronoomid on väga-väga huvitatud galaktikate tuumadest ja eriti kääbusgalaktikatest, sest just seal saavad nad potentsiaalselt palju õppida tumedast ainest. Ja hoolimata nende keerulisest räpane füüsikast, on kääbusgalaktikate galaktikate vaatlemiseks, uurimiseks ja uurimiseks ikkagi vaja tähti ja gaasi, lootes, et suudame tuvastada aluseks oleva tumeaine käitumise. Kuid kääbusgalaktikad on kaugel, hämarad ja väikesed - ja nende tuumad on veelgi.
Kuidas me saaksime nende sees piiluda?
Õnneks on galaktikates rohkem kui tähekodanikke. Neil on ka mustad augud. Nende tuumas hiiglaslikud ülikerged ja miljonid väiksemad ujuvad nende sees. Ja see, et hiiglaslikud mustad augud kipuvad kogunema nende peremeeste galaktikate tuumadesse, võib olla kasulik. Ehk siis - töötage koos minuga siin - kui saaksime kääbusgalaktikutes asuvate mustade aukude käitumist kuidagi uurida, võiksime saada vihjeid tumeaine olemusele.
Kuid ka mustad augud on mustad ja neid on raske näha. Ja väike. Ja kaugel. Õnneks ei pea me nägema musti auke - me võime neid kuulda.
Kui mustad augud kokku põrkavad, värisevad nad ja moonutavad kosmoseaja kangast nii palju, et põhjustavad laineid, nagu vette pudenenud raskest kivist levivad lained. Need raskusjõu lained levivad valguse kiirusel kogu kosmoses, sirutudes pidevalt nii kergelt ja pigistades kõiki vahepealseid asju. Tegelikult on teie keha seda lugedes tõmmatud ja pressitud nagu kitt tükist Maad läbivate lugematute gravitatsioonilainete poolt.
Neid raskuslaineid on meeletult raske tuvastada, mistõttu said esimesed neid mõõtnud inimesed Nobeli preemiaid aastakümnetepikkuse pingutuse eest kasutada peene signaali jäädvustamiseks segavaid valguskiiri.
Kuid meie kolm gravitatsioonilise laine vaatluskeskust Maa pinnal ei saa meid aidata meie musta augu-sees-kääbuse-galaktika-uurimise-tumeaine-probleemiga. Need mustad augud - tuntud kuikeskmise massiga mustad augud - on liiga väikesed, et siin Linnutee ääres ühinemisel tuvastatavat signaali anda.
Kuid gravitatsioonilise laine vaatluskeskus kosmoses võiks. Kavandatud LISA missioonil (mis tähendab, nagu võite arvata, Laserinterferomeetri kosmoseantenni) võib olla õige tundlikkus, et näha keskmise suurusega mustade aukude liitmise signaali, täpselt nagu kääbusgalaktikate galaktikates leiduvaid.
Ja vastavalt uuele dokumendile, mille hiljuti aktsepteeris Zürichi ülikoolist Tomas Tomfal juhitud Astrophysical Journal Letters, võivad tumeda aine erinevad mudelid (ja selle võimalikud koostoimed normaalset valgust armastava ainega) mõjutada seda, kui sageli ja kui kiiresti kääbusgalaktikate mustad augud ühinevad, mis on midagi, mida LISA võib eristada.
See on ümmargune tee tumeaine mõistmiseks, kuid nii vaevava probleemina on see paljulubav.
Loe lisaks: “LISA musta auguga binaarsete moodustumine kääbusgalaktikates: tumedate ainete jäljend”
