Космостогу көзгө көрүнбөгөн "караңгы зат" галактикаларды эволюцияга түртүүдө

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2023-12-16 16:10

Караңгы заттын сыры канчалык көпкө чейин чечилбесе, анын табияты тууралуу экзотикалык гипотезалар, анын ичинде мурунку Ааламдан ири кара тешиктердин мурасы жөнүндөгү эң жаңы идея пайда болот.

Бир нерсенин бар экенин билүү үчүн аны көрүү зарыл эмес. Ошентип, бир жолу, Гравитациялык таасирге ылайык Уран, Нептун жана Плутондун кыймылына ачылган, ал эми бүгүнкү күндө Күн системасынын алыскы четинде гипотетикалык X планетасын издөө жүрүп жатат. Бирок мындай таасирди Ааламдын бардык жеринен тапсакчы? Мисалы, галактикаларды алалы. Бул галактикалык диск айланса, анда жылдыздардын ылдамдыгы орбитанын өсүшү менен төмөндөшү керек окшойт. Бул, мисалы, Күн системасынын планеталарына тиешелүү: Жер Күндү 29,8 км/сек ылдамдыкта, ал эми Плутон 4,7 км/сек ылдамдыкта айланат. Анткен менен 1930-жылдары Андромеда тумандуулугуна байкоолор көрсөткөндөй, анын жылдыздарынын айлануу ылдамдыгы алар периферияда канчалык алыс болсо да, дээрлик туруктуу бойдон кала берет. Бул жагдай галактикалар үчүн мүнөздүү жана башка себептердин арасында караңгы зат түшүнүгүнүн пайда болушуна алып келди.

Проблемалардын карнавалы

Аны биз түздөн-түз көрбөйбүз деп ишенишет: бул сырдуу зат иш жүзүндө кадимки бөлүкчөлөр менен өз ара аракеттенбейт, анын ичинде ал фотондорду чыгарбайт жана сиңирбейт, бирок биз аны башка денелерге гравитациялык эффект аркылуу байкай алабыз. Жылдыздардын жана газ булуттарынын кыймылына байкоо жүргүзүү Саманчынын жолунун дискин курчап турган караңгы материянын галактикасынын деталдуу карталарын түзүүгө мүмкүндүк берет, анын галактикалардын, кластерлердин жана бүтүндөй масштабдуу эволюциясында ойногон маанилүү ролу жөнүндө Ааламдын түзүлүшү. Бирок, дагы кыйынчылыктар башталат. Бул сырдуу караңгы зат деген эмне? Ал эмнеден турат жана анын бөлүкчөлөрү кандай касиеттерге ээ?

Көп жылдар бою WIMP бул ролго негизги талапкерлер болуп келген - гравитациядан башка эч кандай өз ара аракеттенүүгө катыша албаган гипотетикалык бөлүкчөлөр. Алар аларды кыйыр түрдө, кадимки зат менен сейрек кездешүүчү өз ара аракеттешүүлөрдүн продуктулары менен жана түздөн-түз күчтүү аспаптарды, анын ичинде Чоң адрон коллайдерин колдонуу менен аныктоого аракет кылып жатышат. Аттиң, эки учурда тең жыйынтык жок.

Франкфурт университетинин профессору Сабина Хоссенфельдер: «ЛХК Хиггс бозону гана таап, башка эч нерсе жок болгон сценарийди «катуу түш сценарийи» деп аташкан эмес», - дейт. "Жаңы физиканын белгилери табылбаганы мага ачык сигнал катары кызмат кылат: бул жерде бир нерсе туура эмес." Бул сигналды башка илимпоздор да кабыл алышты. LHC жана башка инструменттер аркылуу караңгы заттын издерин издөөнүн терс натыйжалары жарыялангандан кийин, анын табияты жөнүндө альтернативдик гипотезаларга кызыгуу айкын өсүүдө. Жана бул чечимдердин айрымдары бразилиялык карнавалдан да экзотикалык көрүнөт.

Сансыз тешиктер

WIMPs жок болсочы? Эгерде караңгы зат биз көрө албаган материя болсо, бирок биз анын тартылуу күчүн көрүп турсак, анда алар жөн гана кара тешиктер болушу мүмкүнбү? Теориялык жактан алганда, Ааламдын эволюциясынын эң алгачкы этаптарында алар эбегейсиз көп санда – өлүп калган гигант жылдыздардан эмес, ысытуу мейкиндигин толтурган өтө тыгыз жана ысык материянын кыйрашынын натыйжасында пайда болушу мүмкүн эле. Бир көйгөй: ушул убакка чейин бир дагы алгачкы кара тешик табылган эмес жана алардын такыр бар-болбогону да белгилүү эмес. Бирок, Ааламда бул ролго ылайыктуу башка кара тешиктер жетиштүү.

Voyager 1 алыскы космостук зондунун байкоолору микроскопиялык өлчөмдөгү алгачкы кара тешиктердин пайда болушун көрсөтүүчү Хокинг радиациясынын эч кандай изин тапкан жок. Бирок бул дагы чоңураак окшош объектилердин бар экенин жокко чыгарбайт.2015-жылдан бери LIGO интерферометри буга чейин 11 гравитациялык толкундарды каттаган жана алардын 10у ондогон күн массасынын массалары менен жуп кара тешиктердин биригүүсүнөн келип чыккан. Мунун өзү өтө күтүүсүз, анткени мындай объекттер супернова жарылууларынын натыйжасында пайда болот жана өлгөн жылдыз бул процессте өзүнүн массасынын көбүн жоготот. Көрсө, бириккен тешиктердин прекурсорлору Ааламда көптөн бери жаралбашы керек болгон чындап эле циклоптук өлчөмдөгү жылдыздар экен. Алар тарабынан бинардык системаларды түзүү дагы бир көйгөйдү жаратат. Супернова жарылуусу - бул ушунчалык күчтүү окуя, ошондуктан кандайдыр бир жакын объект алыска ыргытылат. Башкача айтканда, LIGO объекттерден гравитациялык толкундарды аныктады, алардын көрүнүшү сыр бойдон калууда.

2018-жылдын аягында мындай объекттерге Гринвич илим жана технология институтунун астрофизиги Николай Горкави жана Нобель сыйлыгынын лауреаты Жон Мэтер кайрылышкан. Алардын эсептөөлөрү күн массасынын ондогон массалары бар кара тешиктердин галактикалык ореолду толуктай аларын көрсөттү, ал байкоо жүргүзүү үчүн дээрлик көрүнбөй кала берет жана ошол эле учурда галактикалардын түзүлүшүндө жана кыймылында бардык мүнөздүү аномалияларды жаратат. Мындай чоң кара тешиктердин керектүү санынан галактиканын алыскы четинде кайдан пайда болот окшойт? Анткени, массалык жылдыздардын басымдуу көпчүлүгү борборго жакын төрөлүп, өлүшөт. Горькави менен Матердин жообу дээрлик укмуштуудай: бул кара тешиктер "келе элек", белгилүү бир мааниде алар Аалам жаралгандан бери эле бар болчу. Булар дүйнөнүн кеңейүү жана жыйрылышынын чексиз ырааттуулугунда мурунку циклдин калдыктары.

Катуу сызык галактиканын борборун айланган жылдыздардын жана газдын реалдуу орбиталык ылдамдыгын көрсөтөт; чекиттүү - караңгы заттын таасири жок болгондо күтүлөт.

Кайра жаралуу калдыктары

Жалпысынан алганда, Big Bounce космостун эволюциясынын көптөгөн башка гипотезалары менен бирдей болгон, далилденбеген болсо да, космологиядагы жаңы модель эмес. Мүмкүн, ааламдын жашоосунда кеңейүү мезгилдери чындап эле кыскаруу, "Чоң кыйроо" - жана жаңы секирүү-жарылуу, кийинки муундун дүйнөсүнүн жаралышы менен алмашышы мүмкүн. Бирок, жаңы моделде бул циклдер кара тешиктер тарабынан жүргүзүлүп, караңгы заттын да, кара энергиянын да ролун аткарышат - биздин Ааламдын тездик менен кеңейишине себеп болгон сырдуу зат же күч.

Материяны сиңирип, бири-бири менен биригип, кара тешиктер Ааламдын жалпы массасынан барган сайын көбүрөөк топтоло алат деп болжолдонууда. Бул анын кеңейишинин басаңдашына, андан кийин кыскарышына алып келиши керек. Башка жагынан алганда, кара тешиктер бириккенде, алардын массасынын олуттуу бөлүгү гравитациялык толкундардын энергиясы менен жоголот. Демек, пайда болгон тешик анын мурунку шарттарынын суммасынан жеңилирээк болот (мисалы, 36 жана 29 күн массалуу кара тешикчелер "гана" массасы менен тешик пайда болгондо, LIGO тарабынан катталган биринчи гравитациялык толкун пайда болгон. " 62 күн массасы). Ошентип, Аалам дагы массасын жоготуп, жыйрылып, барган сайын чоңураак кара тешиктерге толушу мүмкүн, анын ичинде эң чоңдордун бири - борбордук.

Акыр-аягы, кара тешиктердин узакка созулган биригүүсүнөн кийин, Ааламдын массасынын олуттуу бөлүгү гравитациялык толкундар түрүндө «агып» кеткенде, ал бардык багыттар боюнча чачырай баштайт. Сыртынан караганда ал жарылуу - Биг Бенг сыяктуу көрүнөт. Классикалык Big Rebound картинасынан айырмаланып, мурунку дүйнөнүн толук талкаланышы мындай моделде болбойт жана жаңы Аалам кээ бир объектилерди ата-энеден түздөн-түз мурастайт. Биринчиден, булар бир эле кара тешиктер, алар дагы эки негизги ролду ойноого даяр - кара материяны да, кара энергияны да.

Улуу апа

Ошентип, бул адаттан тыш картинада кара материя Ааламдан Ааламга тукум кууп өткөн чоң кара тешиктерге айланат. Бирок биз ар бир мындай дүйнөдө өзүнүн өлүмүнүн алдында пайда болуп, кийинкисинде сакталып калышы керек болгон "борбордук" кара тешик жөнүндө унутпашыбыз керек. Астрофизиктердин эсептөөлөрү анын биздин бүгүнкү мейкиндиктеги массасы укмуштуудай 6 х 1051 кг, бардык бариондук заттардын 1/20 массасына жетип, тынымсыз көбөйө аларын көрсөттү. Анын өсүшү мейкиндик-убакыттын барган сайын тез кеңейишине алып келиши мүмкүн жана Ааламдын тездик менен кеңейүүсү катары көрүнүшү мүмкүн.

Албетте, мындай циклопалык массанын болушу Ааламдын масштабдуу түзүлүшүндө байкаларлык бир тектүү эместиктердин пайда болушуна алып келиши керек. Мындай гетерогендүүлүккө талапкер мурунтан эле бар - Жамандыктын астрономиялык огу. Бул Ааламдын анизотропиясынын салыштырмалуу алсыз, бирок өтө коркунучтуу белгилери - анда өзүн эң чоң масштабда көрсөткөн жана Чоң жарылуу жана андан кийин болгон бардык нерселер боюнча классикалык көз караштарга эч кандай туура келбеген түзүлүш.

Жолдо экзотикалык гипотеза дагы бир астрономиялык табышмакты - супермассивдүү кара тешиктердин күтүүсүз эрте пайда болуу маселесин чечет. Мындай объектилер чоң галактикалардын борборлорунда жайгашкан жана белгисиз каражаттар менен Ааламдын пайда болушунун алгачкы 1-2 миллиард жылында эле миллиондогон, ал тургай миллиарддаган күн массаларына ээ болууга жетишкен. Негизи, алар мынчалык көп затты кайдан таба алары, ал тургай, аны сиңирүү үчүн качан убакыт табаары белгисиз. Бирок, "тукум кууп өткөн" кара тешиктери бар идеянын алкагында бул суроолор алынып салынды, анткени алардын эмбриондору бизге өткөн Ааламдан келиши мүмкүн болчу.

Горькавынын экстраваганттуу гипотезасы али гипотеза болуп калганы өкүнүчтүү. Ал толук кандуу теория болушу үчүн, анын божомолдору байкоо маалыматтары менен дал келиши керек - жана салттуу моделдер менен түшүндүрүүгө мүмкүн эмес. Албетте, келечектеги изилдөөлөр фантастикалык эсептөөлөрдү чындык менен салыштырууга мүмкүндүк берет, бирок бул жакынкы келечекте болбойт. Ошондуктан, караңгы зат кайда катылган жана кара энергия деген эмне деген суроолор жоопсуз калууда.