Millest koosneb tumeaine? See on üks moodsa astronoomia kõige segasematest küsimustest. Me teame, et tume mateeria on seal väljas, kuna võime näha selle ilmset gravitatsioonilist mõju kõigele alates galaktikatest kuni kogu universumi evolutsioonini, kuid me ei tea, mida see on. Meie parim arvamine on see, et tegemist on mingi imeliku uue osakesega, kellele ei meeldi väga tihti tavalises asjas rääkida (muidu oleksime seda nüüd juba näinud). Üks võimalus on, et tegemist on eksootilise hüpoteetilise osakesega, mida tuntakse aksioonina ja astronoomide meeskond ei kasuta midagi muud kui musti auke, et proovida pilku sellele kummalisele uuele kosmilisele kriitikule.
Axioni päevakava
Ma olen teiega aus, me ei tea, kas teljed on olemas. Need leiutati suure energiaga füüsika ajendi selgitamiseks. Looduses on teatud tüüpi sümmeetria, kus kui teete juhusliku koostoimimise, mis hõlmab paljusid alaatomilisi osakesi, lülitate välja kõigi vastutähise elektrilaengud ja käivitate protsessi ka peeglis, saate täpselt sama tulemuse. Seda nimetatakse laengu ja pariteedi sümmeetriaks või lühidalt CP-sümmeetriaks.
See sümmeetria on looduses igal pool, välja arvatud siis, kui see puudub, nagu nõrga tuumajõu korral, mis suudab seda sümmeetriat rikkuda, kui see talle tundub.
Kindel on see, et kõigi tuumajõudude õigused peaksid seda ka rikkuma. Matemaatikas on termineid, mis rikuvad CP-sümmeetriat ilmselgelt, kuid ometi ei näe me üheski oma katses sümmeetria märke tugeva tuumajõu purunemisest. Nii et selle sümmeetria taastamiseks peab midagi toimuma, kui see peaks purunema.
Vastus - või vähemalt üks võimalik vastus - on uut tüüpi osakene, mida nimetatakse aksiooniks. Aksioon taastab jõu teatud tüüpi tasakaalu (jah, ma olen teadlik siinsetest Tähesõdade viidetest), et CP-sümmeetria säiliks ja igaüks saaks oma igapäevast elu jätkata. Muidugi ei ole praegused katsed aksiooni olemasolu otseselt paljastanud. Aksonil on mitmeid võimalikke masse ja omadusi.
Aksiooni võimalike lubatud masside ja omaduste vahemikus toimub midagi märkimisväärset. Kui tahame universumi tumeda ainega täita, peavad sellel tumedal ainel olema teatud omadused. See ei saa normaalse asjaga suhelda väga sageli ega ka iseendaga väga sageli. Samuti peab seda olema palju ning see peab olema väga stabiilne ja pikaealine. Selgub, et mõned aksiooni võimalike omaduste vahemikud võimaldavad sellel hüpoteetilisel osakesel olla tumeda aine kandidaat.
Tumedad teljed
Kui laseme teljel olla tumeaine, võib see üldiselt selgitada kõiki tavalisi tumeaine tähelepanekuid. See võib selgitada galaktikate pöördekõveraid. See võib selgitada galaktikate liikumisi galaktikate klastrites. Seda saab toota piisavalt varajases universumis, et see sobiks kosmilise mikrolaine taustaga. Ja nii edasi.
Veelgi enam, aksessioonid galaktikate tuumades võivad kimbu omavahel piisavalt tihedalt kokku moodustada, moodustades ühe massiivse kuuli, mis punastaks alguses palju nagu supermassiivne must auk. See oleks väike, see ei suheldaks valgusega ja oleks uskumatult massiline. Ehkki hiljutised sündmused horisontaalteleskoobis leidsid meile sõnasõnalise pildi hiiglaslikust mustast august teises galaktikas, ei tähenda see tingimata, et need teljetuumad varitsevad galaktikate sügavusel kogu Universumis. Ja just nende võimalike aksioonisüdamike abil saame nende omaduste kohta käepideme.
Mustad augud on võti
Peale Event Horizon teleskoobi pole meil otseseid vaatlusi supermassiivsete mustade aukude kohta. Näeme ainult neid materjale, mis nende ümber tiirlevad ja katsuvad. Ja selle materjali omaduste põhjal saame hinnata mustade aukude suurust ja massi. Nende meetoditega oleme aastakümnete jooksul avastanud väga kummalise seose: massilisemad galaktikad võõrustavad nende keskustesse massiivsemaid mustaid auke. See suhe on tegelikult suhteliselt tihe ja see ütleb meile, et mustad augud arenesid kuidagi koos nende vastuvõtvate galaktikatega.
Kuid nagu ma ütlesin, ei saa me mustaid auke otse jälgida. Nii et need ei pruugi üldse mustad augud olla. Need võivad olla aksioonisüdamikud, mis peidavad end nende galaktikate keskpunktides. Kui see on nii, siis pole asi nii, et mustad augud arenesid koos nende vastuvõtvate galaktikatega, vaid et aksioonituumad koos nende vastuvõtvate galaktikatega. Mida suurem on galaktika, seda rohkem telje tumeainet see võib majutada ja mida suurem on telje tuum keskel.
See tähendab, et saame aksioonide omaduste piiramiseks kasutada suhet keskse tumeda objekti (olgu see siis must auk või aksioonituum) ja galaktika enda vahel. See toimib, kuna kui hakkate mängima aksiooniosakeste massiga, mõjutab see seda, kui hõlpsalt saate üles kerida, moodustades tuuma, mis muudab suhet vastuvõtva galaktikaga.
Hiljuti kasutas astronoomide meeskond mustade aukude ja galaktikate suhet, et täpselt seda teha, ja suutsid aksioosakeste massile seada mõned ülemised piirid, mis aitab suunata tulevasi katseid ja otseseid otsinguid. Kas telg vastutab tumeda aine eest universumis? Loodetavasti suudame kunagi olukorrale valgust heita.
Loe lisaks: „Aksioonisüdamik - halo mass ja musta augu – halo massisuhe: piirangud mõnedel parsel-skaaladel“
