Co je temná hmota?
Temná hmota v astronomii a kosmologii, stejně jako v teoretické fyzice, je forma
Koncept temné hmoty je představen teoretickyvysvětlení problému skryté hmoty v účincích anomálně vysoké rychlosti otáčení vnějších oblastí galaxií a gravitačních čoček (zahrnují hmotu, jejíž hmotnost je mnohem větší než hmotnost běžné viditelné hmoty); mimo jiné je to nejuspokojivější.
Složení a povaha temné hmoty ve skutečnostiokamžik neznámý. V rámci obecně přijímaného kosmologického modelu je model studené temné hmoty považován za nejpravděpodobnější. Nejpravděpodobnějšími kandidáty na roli částic jsou slabíci. Přes aktivní vyhledávání nebyly dosud experimentálně nalezeny.
Termín "temná hmota" byl možná poprvé použit v souvislosti s odhadem hmotnosti hvězd v galaxii na základě jejich rozložení rychlostí.Nakonec se termín začal používat ve smyslu nepozorovatelné hmoty, jejíž existenci lze posoudit pouze podle jejího gravitačního vlivu.
Trojrozměrná mapa distribuce temné hmoty, vytvořená metodou slabé gravitační čočky v rámci projektu COSMOS.
Alternativní teorie existence temné hmoty
- Alternativní teorie gravitace
Když se pokoušíte vysvětlit pozorované jevy, dálNa základě čehož byl souhrnně učiněn závěr o nezbytnosti existence temné hmoty, aniž by byl tento koncept zahrnut, byly nejprve vyjádřeny úvahy ohledně platnosti obecně přijímaných zákonů gravitační interakce na velké vzdálenosti.
Nejznámější je modifikovaná newtonovská dynamika (MOND), teorie navržená na počátku 80. let izraelským astrofyzikem Mordechajem Milgromem, která je modifikací gravitačního zákona, který dává větší sílu v některých oblastech vesmíru, aby vysvětlil pozorovaný tvar rotačních křivek galaxií.
V roce 2004 teoretický fyzik Yaakov Bekenstein, také z Izraele, vyvinul relativistické zobecnění této hypotézy, tenzor-vektor-skalární teorii gravitace, která také vysvětluje pozorované účinky gravitační čočky.
V roce 2007 navíc kanadský fyzik John Moffat navrhl svou teorii modifikované gravitace, nazývanou také skalární tenzorová vektorová teorie gravitace.
Zastánci teorií modifikované gravitace věří, že současný nedostatek pozitivních výsledků experimentů s přímou detekcí částic temné hmoty je argumentem v jejich prospěch.
V současné době však většina vědců neuznává MOND, jak naznačují výpočty na něm založenéProblém s alternativními teoriemi gravitace spočívá v tom, že pokud ano, tak to dělajíOspravedlnění určitých efektů, které jsou důsledkem existence temné hmoty, stále není bráno v úvahuvšechny dohromady.
Nevysvětlují pozorované chováníkolidující shluky galaxií a jsou neslučitelné s kosmologickými argumenty pro přítomnost velkého množství nebaryonické neviditelné hmoty v časném vesmíru.
Shluk galaxií Abell 2218
- Plazmová kosmologie
Tato teorie byla vyvinuta v 60. letechšvédský fyzik jménem Hannes Alfven (nositel Nobelovy ceny za magnetodynamiku za rok 1970) - využil přitom zkušeností ze svých studií plazmy blízké Zemi (aurora borealis) a rané práce Christiana Birkelanda.
Základem teorie je předpoklad, že elektrické síly jsou závažnější na větší vzdálenosti (měřítko galaxií a kupy galaxií) než gravitace.Pokud předpokládáme, že plazma vyplňuje celý vesmír a má dobrou vodivost, pak by mohlo vést obrovské elektrické proudy (asi 1017–1019 ampér) v měřítku desítek megaparseků.
Takové proudy vytvářejí silné galaktické magnetické pole, které se následně formujestruktura obou galaxií a jejich kup galaxií (galaktických filamentů nebo filamentů).
Přítomnost tak silného pole snadno vysvětluje vznik galaktických ramen (o příčině vzniku galaktických ramen zatím nepanuje shoda), rozložení rychlosti rotace galaktických disků z galaktických disků.eliminuje potřebu zavádět halo temné hmoty.
V současné době však moderní astrofyzika nepozoruje tak silné proudy v měřítku desítek megaparseků, ani vysoká mezigalaktická a intragalaktická magnetická pole.
Alfvénovy a Perrathovy předpoklady kosmologie plazmatu o vlákno-buněčné struktuře a homogenitě vesmíru ve velkých měřítcích (tzv. velkorozměrová struktura vesmíru) byly neočekávaně potvrzeny pozorováními na přelomu 80. a 90. let 20. století, ale tato pozorování jsou také vysvětlena v rámci obecně přijímaného kosmologického modelu.
Vysvětlit vláknitou strukturu vesmíru, teorii vzniku vláken v důsledkugravitační nestabilita (zpočátku je téměř rovnoměrné rozložení hmoty soustředěno na žíravinu a vede kke vzniku vláken), na rostoucích strukturách temné hmoty, podél kterých se tvoří struktura viditelné hmoty (původ takové struktury temné hmoty je vysvětlen kvantovými fluktuacemi v procesu inflace).
V současné době je plazmová kosmologie asteorie je nepopulární, protože popírá vývoj vesmíru na cestě Velkého třesku. Na druhou stranu, pokud opustíme teorii velkého třesku a považujeme věk vesmíru za mnohem větší než 13,5 miliardy let, pak lze skrytou masu do značné míry vysvětlit takovými objekty MACHO jako černí trpaslíci, kteří se vyvíjejí z bílých trpaslíků, kteří mají ochlazen na desítky miliard let ...
- Hmota z jiných dimenzí (paralelní vesmíry)
V některých teoriích s dalšími dimenzemi je gravitace přijímána jako jedinečný typ interakce, která můžepůsobit na náš prostor z dalších dimenzí.
Tento předpoklad pomáhá vysvětlitrelativní slabost gravitační interakce ve srovnání s dalšími třemi základními interakcemi (elektromagnetickými, silnými a slabými): gravitace je slabší, protože může interagovat s hmotnou hmotou v dalších dimenzích, proniknout bariérou nepřístupnou pro jiné interakce.
Z toho vyplývá, že vliv temné hmoty lze logicky vysvětlit interakcí viditelné hmoty z našich běžných dimenzí s hmotnou hmotou z jiných (extra, neviditelných) dimenzí prostřednictvím gravitace.Současně jiné typy interakcí, tyto dimenze a tato hmota v nich nemohouNemohou to cítit, nemohou s tím interagovat.
Hmota v jiných dimenzích (ve skutečnosti vparalelní vesmír) se mohou formovat do struktur (galaxie, kupy galaxií, vlákna) způsobem podobným našim měřením nebo vytvářet své vlastní, exotické struktury, které jsou v našich měřeních pociťovány jako gravitační halo kolem viditelných galaxií.
Výsledky numerického modelování vývoje struktury vesmíru
- Topologické vady prostoru
Temná hmota může být jen prvotní(vznikající v době velkého třesku) defekty v prostoru a / nebo topologii kvantových polí, která mohou obsahovat energii, což způsobuje gravitační síly.
Tento předpoklad lze prozkoumat aověřeno pomocí orbitální sítě vesmírných sond (kolem Země nebo v rámci Sluneční soustavy) vybavených přesnými, nepřetržitě synchronizovanými (pomocí GPS) atomovými hodinami, které zaznamenají průchod takové topologické vady touto sítí.
Efekt se jeví jako nevysvětlený (běžnýrelativistické důvody) nesoulad průběhu těchto hodin, který má jasný začátek a časem i konec (v závislosti na směru pohybu a velikosti takové topologické vady).
Galaxie bez temné hmoty
Vědci nalézají galaxie bez temné hmoty, ale je jistě nemožné vysvětlit, jak vznikly.
- NGC1052-DF2
V galaxii NGC1052-DF2 je temné hmoty nejméně 400krát méně, než by mělo být.
Výsledky měření provedených pomocíDesetimetrový dalekohled Keck Observatory a Hubble Space Telescope (jedná se o nejlepší dnes dostupné astronomické přístroje) také připouštějí, že v NGC1052-DF2 není vůbec žádná temná hmota.
Tato galaxie, viditelná pouze velkými dalekohledy,má celkovou svítivost na úrovni 100 milionů hvězd jako Slunce a jeho hmotnost je přibližně 200 milionkrát vyšší než hmotnost Slunce - podle těchto parametrů NGC1052-DF2 z obecné řady příliš nevyčnívá.
A tady je to, co se nachází v jejích desetirelativně jasné objekty a díky tomu se na řadě obrazů ukazuje, že galaxie je místo jasného mraku množinou jasných bodů, což je již mnohem zajímavější skutečnost; byl to on, kdo přinutil astronomy nasadit dalekohledy s těsně nabitým harmonogramem směrem k NGC1052-DF2.
Podle výzkumníků tyto světlé skvrnyjsou kulové hvězdokupy, ale jejich počet a rozložení jasů jsou tak neobvyklé, že astronomové dokonce odmítli o těchto objektech v této publikaci podrobně hovořit a slíbili, že se k tomu podrobněji vrátí v další publikaci, která je stále v procesu přípravy.
Pokud porovnáme NGC1052-DF2 s ostatnímigalaxií stejné hmotnosti, pak by neviditelné halo temné hmoty mělo být čtyřistakrát těžší než to, co astronomové zjistili, což je extrémně neobvyklý výsledek.
- NGC 1052-DF4
Vědci popisují výsledky dalšíchpozorování, která umožnila spolehlivější odhady rozptylu rychlosti na základě pohybů hvězd. Výsledkem bylo, že astronomové obdrželi hodnotu 8,5 kilometru za sekundu se znatelně menšími chybami (asi 30 %).
Z těchto údajů vyplývá, že celková hmotnostgalaxie je přibližně stejná jako hmotnost světelné látky, což v tomto případě vylučuje potřebu zavádění temné hmoty. Vědci také objevili poblíž podobnou galaxii NGC 1052-DF4, která také měla extrémně nízkou disperzi hvězdných rychlostí - asi 4,2 kilometrů za sekundu, ale chyby v tomto případě jsou asi 80%.
Získaná data jsou podle autorů vysokákvality poskytují přesvědčivé důkazy o existenci nejen jedné výjimečné galaxie bez temné hmoty, ale také nové třídy podobných objektů.
Také vám připomínají, že tyto výsledky nejsouv žádném případě nevyvrací hypotézu temné hmoty, ale naopak potvrzuje její nezbytnost: pokud by jím popsané účinky byly skutečně generovány obyčejnou hmotou, pak by taková situace nemohla vzniknout, a protože je nalezen objekt bez temné hmoty , pak to hovoří přesně o existenci dvou samostatných typů látek, které přímo nesouvisejí.
Jak mohou galaxie existovat bez temné hmoty?
Galaxie, které, soudě podle pozorování,neobsahují prakticky žádnou temnou hmotu – látku, která slabě interaguje s okolní hmotou, o níž se předpokládá, že je zodpovědná za 26,8 % hmotnosti vesmíru – komplikují astronomům pochopení podstaty této hmoty.
Tyto objekty objeveny v důsledku nedávnépozorování zpochybňují kosmologický model Lambda-CDM přijatý astrofyziky, podle kterého by všechny galaxie měly být obklopeny mohutnou halo temné hmoty.
Objekty bez temné hmoty nejsou mocdobře studovali astronomové. Jedním ze způsobů, jak studovat možné mechanismy jejich vzniku, je pozorovat několik z nich v různých fázích vývoje. Zpracování informací o galaxiích pomocí počítačového modelu umožňuje sledovat jejich vývoj.
Abychom pochopili jejich strukturuobjekty, vědci modelovali jejich vývoj pomocí modelu Illustris, který bere v úvahu životní cykly hvězd, vliv supernov a černých děr a fúze galaxií. Vědci našli v systému vytvořeném modelem několik „trpasličích galaxií“ se stejným počtem hvězd, počtem kulových hvězdokup a hmotou temné hmoty.
Jak název napovídá, trpasličí galaxieje malá a skládá se z několika miliard hvězd. Naproti tomu Mléčná dráha, kterou obíhá více než 20 známých trpasličích galaxií, má 200 až 400 miliard hvězd.
K posouzení se často používají kulové hvězdokupyobsah temné hmoty v galaxiích, zejména v malých. Astrofyzici zjistili, že trpasličí galaxie ztratily 90% své temné hmoty v důsledku „vytlačování“ svého základního materiálu vlastními gravitačními silami.
Jaký je konečný výsledek?
Objev černých děr bez temné hmoty není možnýznamená, že neexistuje. Naopak galaxie bez typického rozložení hvězd podle rychlosti podkopává pozice teorií, které se snaží přisuzovat výsledky pozorování nějakému univerzálnímu efektu nesouvisejícímu s temnou hmotou.
Je v modifikované newtonovské dynamicehvězdy by měly vždy rotovat kolem středu galaxií přibližně stejnou rychlostí a NGC1052-DF2 hraje proti tomuto modelu, který již ztratil podporu mnoha odborníků.
Přiznat existenci galaxie bez temnotyhmoty, moderní astrofyzika může dobře, zatímco myšlenka, že zákon univerzální gravitace funguje selektivně v různých částech vesmíru, se zdá přinejmenším pochybná.
Přečtěte si více
Největší ledovec na světě se zhroutil, fragmenty se vrhly na sever. Je to nebezpečné?
Stopy raketového paliva byly nalezeny na Saturnově měsíci Rhea. Odkud to pochází?
Potrat a věda: co se stane s dětmi, které porodí