¿Qué es la materia oscura?
Materia oscura en astronomía y cosmología, así como en física teórica - forma
Se introduce el concepto de materia oscura para la teoríaexplicaciones del problema de la masa oculta en los efectos de la velocidad de rotación anormalmente alta de las regiones exteriores de las galaxias y las lentes gravitacionales (involucran materia, cuya masa es mucho mayor que la masa de la materia visible ordinaria); entre otros, es el más satisfactorio.
La composición y naturaleza de la materia oscura en el mundo real.momento desconocido. En el marco del modelo cosmológico generalmente aceptado, el modelo de materia oscura fría se considera el más probable. Los candidatos más probables para el papel de partículas son los débiles. A pesar de las búsquedas activas, todavía no se han encontrado de forma experimental.
El propio término “materia oscura” puede ser el primerose utilizó para estimar la masa de las estrellas de la galaxia en función de la distribución de sus velocidades. Al final, el término empezó a utilizarse precisamente en el sentido de materia no observable, cuya existencia sólo puede juzgarse por su efecto gravitacional.
Mapa tridimensional de la distribución de la materia oscura, construido utilizando el método de lente gravitacional débil en el marco del proyecto COSMOS.
Teorías alternativas de la existencia de materia oscura
- Teorías alternativas de la gravedad
Al intentar explicar los fenómenos observados, enSobre la base de lo cual, en conjunto, se llegó a una conclusión sobre la necesidad de la existencia de materia oscura, sin involucrar este concepto, primero se expresaron consideraciones sobre la validez de las leyes generalmente aceptadas de interacción gravitacional a grandes distancias.
El más famoso es el modificado.La dinámica newtoniana (MOND) es una teoría propuesta a principios de la década de 1980 por el astrofísico israelí Mordechai Milgrom que es una modificación de la ley de la gravedad que produce interacciones más fuertes en algunas regiones del espacio de una manera que explica la forma observada de las curvas de rotación de las galaxias. .
En 2004, el físico teórico YaakovBekenstein, también de Israel, desarrolló una generalización relativista de esta hipótesis: la teoría de la gravedad tensorial-vectorial-escalar, que también explica los efectos observados de las lentes gravitacionales.
Además, en 2007, el físico canadiense John Moffat propuso su teoría de la gravedad modificada, también llamada teoría de la gravedad escalar-tensorial-vectorial.
Defensores de las teorías de la gravedad modificadaConsidere la actual falta de resultados positivos de los experimentos sobre la detección directa de partículas de materia oscura como un argumento a su favor.
Mientras tanto, actualmente la mayoría de los científicosno reconoce MOND, ya que los cálculos basados en él indican su inconsistencia. El problema con las teorías alternativas de la gravedad es que incluso si justifican los efectos individuales que son consecuencias de la existencia de la materia oscura, todavía no los toman en cuenta en su conjunto.
No explican el comportamiento observado.cúmulos de galaxias en colisión y son incompatibles con los argumentos cosmológicos de la presencia de grandes cantidades de materia invisible no bariónica en el universo temprano.
Cúmulo de galaxias Abell 2218
- Cosmología del plasma
Esta teoría fue desarrollada en la década de 1960.por un físico sueco llamado Hannes Alfven (premio Nobel de 1970 por sus descubrimientos en magnetodinámica); al hacerlo, utilizó la experiencia de sus estudios del plasma cercano a la Tierra (aurora boreal) y los primeros trabajos de Christian Birkeland.
La base de la teoría es la suposición de queLas fuerzas eléctricas son más importantes a grandes distancias (escala de galaxias y cúmulos de galaxias) que la gravedad. Si suponemos que el plasma llena todo el universo y tiene buena conductividad, entonces podría conducir enormes corrientes eléctricas (alrededor de 1017-1019 amperios) en escalas de decenas de megaparsecs.
Estas corrientes crean un poderoso campo magnético galáctico, que a su vez forma la estructura de ambas galaxias y sus cúmulos (hilos o filamentos galácticos).
La presencia de un campo tan poderoso explica fácilmentela formación de brazos galácticos (aún no hay consenso sobre el motivo de la formación de brazos galácticos), la distribución de la velocidad de rotación de los discos galácticos en función del radio, elimina la necesidad de introducir un halo de materia oscura.
Pero por el momento la astrofísica moderna no observa corrientes tan poderosas en una escala de decenas de megaparsecs, ni campos magnéticos intergalácticos e intragalácticos elevados.
Suposiciones de la cosmología del plasma sobreLa estructura de las células filamentosas y la homogeneidad del Universo a gran escala (la llamada Estructura del Universo a Gran Escala), elaborada por Alfvén y Anthony Perrat, fueron inesperadamente confirmadas por observaciones realizadas a finales de los años 1980 y 1990, pero estas observaciones también son explicado en el marco de modelos cosmológicos generalmente aceptados.
Explicar la estructura filamentosa del Universo enActualmente, se utiliza la teoría de la formación de filamentos debido a la inestabilidad gravitacional (inicialmente, una distribución de masa casi uniforme se concentra en las sustancias cáusticas y conduce a la formación de filamentos), en estructuras en crecimiento de materia oscura, según las cuales se forma la estructura de la materia oscura. se forma la materia (el origen de tal estructura de la materia oscura se explica por las fluctuaciones cuánticas en el proceso de inflación).
Actualmente, la cosmología del plasma comola teoría es impopular, ya que niega el desarrollo del Universo a lo largo de la trayectoria del Big Bang. Por otro lado, si abandonamos la teoría del Big Bang y consideramos que la edad del Universo es mucho mayor que 13.5 mil millones de años, entonces la masa oculta puede explicarse en gran medida por objetos MACHO tales como enanas negras que evolucionan a partir de enanas blancas que han enfriado durante decenas de miles de millones de años ...
- Materia de otras dimensiones (universos paralelos)
Algunas teorías extradimensionales aceptan la gravedad como un tipo único de fuerza que puede actuar sobre nuestro espacio extradimensional.
Esta suposición ayuda a explicarla relativa debilidad de la interacción gravitacional en comparación con las otras tres interacciones básicas (electromagnética, fuerte y débil): la gravedad es más débil, ya que puede interactuar con materia masiva en dimensiones extra, atravesar una barrera inaccesible a otras interacciones.
De ello se deduce que el efecto de la materia oscura puedeexplicarse lógicamente por la interacción de la materia visible de nuestras dimensiones ordinarias con la materia masiva de otras dimensiones (extra, invisibles) a través de la gravedad. Al mismo tiempo, estas dimensiones y esta materia en ellas no pueden sentir de ninguna manera otros tipos de interacciones, no pueden interactuar con ellas.
Materia en otras dimensiones (en realidad enUniverso paralelo) pueden formar estructuras (galaxias, cúmulos de galaxias, filamentos) de manera similar a nuestras mediciones o formar estructuras propias y exóticas, que en nuestras mediciones se sienten como un halo gravitacional alrededor de las galaxias visibles.
Resultados del modelado numérico de la evolución de la estructura del Universo
- Defectos del espacio topológico
La materia oscura puede ser primordial(que surgen en el momento del Big Bang) defectos en el espacio y / o la topología de los campos cuánticos, que pueden contener energía, causando así fuerzas gravitacionales.
Esta suposición puede explorarse yverificado mediante una red orbital de sondas espaciales (alrededor de la Tierra o dentro del Sistema Solar) equipadas con un reloj atómico preciso y continuamente sincronizado (mediante GPS) que registrará el paso de tal defecto topológico a través de esta red.
El efecto aparecerá como inexplicable (comúnrazones relativistas) desajuste del curso de estos relojes, que tiene un comienzo claro y, con el tiempo, el final (según la dirección del movimiento y el tamaño de tal defecto topológico).
Galaxia sin materia oscura
Los científicos están encontrando galaxias sin materia oscura, pero es imposible explicar cómo se formaron.
- NGC1052-DF2
En la galaxia NGC1052-DF2 hay al menos 400 veces menos materia oscura de la que debería haber.
Resultados de las mediciones realizadas utilizandoEl telescopio de 10 metros del Observatorio Keck y el Telescopio Espacial Hubble (son los mejores instrumentos astronómicos disponibles en la actualidad) también admiten que no hay materia oscura en NGC1052-DF2.
Esta galaxia, visible sólo a través de grandes telescopios,tiene una luminosidad total al nivel de 100 millones de estrellas como el Sol, y su masa es aproximadamente 200 millones de veces mayor que la masa del Sol; según estos parámetros, NGC1052-DF2 no se destaca demasiado de la serie general.
Pero lo que se encuentra dentro de sus diezobjetos relativamente brillantes, y debido a esto, en varias imágenes, la galaxia resulta ser un conjunto de puntos brillantes en lugar de una nube borrosa, ya es un hecho mucho más interesante; fue él quien obligó a los astrónomos a desplegar telescopios con una agenda apretada hacia NGC1052-DF2.
Según los investigadores, estos puntos brillantesSon cúmulos de estrellas globulares, pero su número y distribución de luminosidades son tan inusuales que los astrónomos incluso se negaron a hablar en detalle sobre estos objetos en esta publicación y prometieron volver a esto con más detalle en otra publicación, aún en proceso de preparación.
Si comparamos NGC1052-DF2 con otrosgalaxias de la misma masa, entonces el halo invisible de materia oscura debería ser cuatrocientas veces más pesado de lo que encuentran los astrónomos, un resultado extremadamente inusual.
- NGC 1052-DF4
Los científicos describen los resultados de másobservaciones que permitieron realizar estimaciones más confiables de la dispersión de la velocidad basadas en movimientos estelares. Como resultado, los astrónomos obtuvieron un valor de 8,5 kilómetros por segundo con errores notablemente menores (alrededor del 30%).
De estos datos se deduce que la masa totalla galaxia es aproximadamente igual a la masa de la sustancia luminosa, lo que elimina la necesidad de introducir materia oscura en este caso. Los científicos también descubrieron cerca de una galaxia similar NGC 1052-DF4, que también tenía una dispersión extremadamente baja de velocidades estelares, alrededor de 4,2 kilómetros por segundo, pero los errores en este caso son de alrededor del 80%.
Según los autores, los datos obtenidos son elevados.Estas cualidades proporcionan evidencia convincente de la existencia no sólo de una galaxia excepcional sin materia oscura, sino también de una nueva clase de objetos similares.
También le recuerdan que estos resultados no sonde ninguna manera refuta la hipótesis de la materia oscura, sino que, por el contrario, confirma su necesidad: si los efectos descritos por ella fueron realmente generados por materia ordinaria, entonces tal situación no podría surgir, y dado que se encuentra un objeto sin materia oscura , entonces esto habla precisamente de la existencia de dos tipos separados de sustancias que no están directamente relacionadas.
¿Cómo pueden existir las galaxias sin materia oscura?
Galaxias que, a juzgar por las observaciones,prácticamente no contienen materia oscura, una sustancia que interactúa débilmente con la materia circundante y que se cree que es responsable del 26,8% de la masa del Universo, complican la comprensión de los astrónomos sobre la naturaleza de esta materia.
Tales objetos descubiertos como resultado de recientesLas observaciones desafían el modelo cosmológico Lambda-CDM adoptado por los astrofísicos, según el cual todas las galaxias deberían estar rodeadas por un halo masivo de materia oscura.
Свободные от темной материи объекты не очень bien estudiado por los astrónomos. Una forma de estudiar los posibles mecanismos de su formación es observar varios de ellos en diferentes etapas de desarrollo. El procesamiento de información sobre las galaxias mediante un modelo informático permite rastrear su evolución.
Para comprender la estructura de estosobjetos, los científicos han modelado su evolución utilizando el modelo Illustris, que tiene en cuenta los ciclos de vida de las estrellas, la influencia de las supernovas y los agujeros negros y las fusiones de galaxias. Los investigadores encontraron en el sistema creado por el modelo, varias "galaxias enanas" con el mismo número de estrellas, el número de cúmulos globulares y la masa de materia oscura.
Como sugiere el nombre, una galaxia enana.es pequeño y está formado por varios miles de millones de estrellas. Por el contrario, la Vía Láctea, orbitada por más de 20 galaxias enanas conocidas, tiene entre 200 y 400 mil millones de estrellas.
Los cúmulos globulares se utilizan a menudo para evaluarcontenido de materia oscura en las galaxias, especialmente en las pequeñas. Los astrofísicos han descubierto que las galaxias enanas han perdido el 90% de su materia oscura como resultado de la "expulsión" de su material constituyente por sus propias fuerzas gravitacionales.
¿Cuál es el resultado final?
El descubrimiento de agujeros negros sin materia oscura no es posiblesignifica que no existe. Por el contrario, una galaxia sin una distribución típica de estrellas por velocidad socava las posiciones de las teorías que intentan atribuir los resultados de las observaciones a algún efecto universal no relacionado con la materia oscura.
Está en la dinámica newtoniana modificada.las estrellas siempre deberían girar alrededor del centro de las galaxias aproximadamente a la misma velocidad, y NGC1052-DF2 juega en contra de este modelo, que ya ha perdido el apoyo de muchos expertos.
Admitir la existencia de una galaxia sin oscuridadde la materia, la astrofísica moderna bien puede, mientras que la idea de que la ley de la gravitación universal funciona selectivamente en diferentes partes del Universo parece al menos dudosa.
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