Što je tamna tvar?
Tamna tvar u astronomiji i kozmologiji, kao iu teorijskoj fizici - oblik
Pojam tamne materije predstavljen je kao teorijskiobjašnjenja problema skrivene mase u učincima anomalno velike brzine vrtnje vanjskih područja galaksija i gravitacijskog leća (oni uključuju tvar čija je masa puno veća od mase obične vidljive tvari); između ostalih, najzadovoljavajući je.
Sastav i priroda tamne materije u stvarnostitrenutak nepoznat. U okviru općeprihvaćenog kozmološkog modela, model hladne tamne tvari smatra se najvjerojatnijim. Najizgledniji kandidati za ulogu čestica su wimps. Unatoč aktivnim pretragama, još uvijek nisu eksperimentalno pronađene.
Sam izraz "tamna tvar" mogao bi biti prvikorišten je za procjenu mase zvijezda u galaksiji na temelju distribucije njihovih brzina. U konačnici, pojam se počeo koristiti upravo u značenju neopažljive materije o čijem se postojanju može suditi samo po gravitacijskom učinku.
Trodimenzionalna karta raspodjele tamne tvari, izgrađena metodom slabog gravitacijskog sočiva u okviru projekta COSMOS.
Alternativne teorije o postojanju tamne materije
- Alternativne teorije gravitacije
Pokušavajući objasniti opažene pojave, naNa temelju čega je, u cjelini, donesen zaključak o nužnosti postojanja tamne tvari, bez uključivanja ovog koncepta, prvo su izražena razmatranja u vezi s valjanošću općeprihvaćenih zakona gravitacijske interakcije na velikim udaljenostima.
Najpoznatiji je modificiraniNewtonova dinamika (MOND) je teorija koju je ranih 1980-ih predložio izraelski astrofizičar Mordechai Milgrom, a koja je modifikacija zakona gravitacije koja proizvodi jače interakcije u nekim regijama svemira na način koji objašnjava promatrani oblik krivulja rotacije galaksija. .
Godine 2004. teorijski fizičar YaakovBekenstein, također iz Izraela, razvio je relativističku generalizaciju ove hipoteze - tenzor-vektor-skalarnu teoriju gravitacije, koja također objašnjava opažene učinke gravitacijske leće.
Osim toga, 2007. kanadski fizičar John Moffat predložio je svoju teoriju modificirane gravitacije, koja se naziva i skalarno-tenzorsko-vektorska teorija gravitacije.
Zagovornici modificiranih teorija gravitacijetrenutni nedostatak pozitivnih rezultata eksperimenata o izravnoj detekciji čestica tamne tvari smatraju argumentom u svoju korist.
U međuvremenu, trenutno većina znanstvenikane prepoznaje MOND, budući da izračuni temeljeni na njemu ukazuju na njegovu nedosljednost. Problem s alternativnim teorijama gravitacije je u tome što čak i ako daju opravdanje za pojedinačne učinke koji su posljedica postojanja tamne tvari, još uvijek ih ne uzimaju u obzir kao cjelinu.
Ne objašnjavaju opaženo ponašanjesudaraju se nakupine galaksija i nespojive su s kozmološkim argumentima za prisutnost velike količine nebarionske nevidljive materije u ranom svemiru.
Abell 2218 Jato galaksija
- Kozmologija plazme
Ova je teorija razvijena 1960-ihšvedskog fizičara po imenu Hannes Alfven (nobelovac za otkrića u magnetodinamici za 1970.) - pri tome je koristio iskustvo svojih studija plazme blizu Zemlje (polarna svjetlost) i ranog rada Christiana Birkelanda.
Osnova teorije je pretpostavka daElektrične sile su značajnije na velikim udaljenostima (razmjer galaksija i jata galaksija) od gravitacije. Ako pretpostavimo da plazma ispunjava cijeli svemir i ima dobru vodljivost, tada bi mogla provoditi ogromne električne struje (oko 1017–1019 ampera) na skalama od desetaka megaparseka.
Takve struje stvaraju snažno galaktičko magnetsko polje, koje zauzvrat tvori strukturu obiju galaksija i njihovih jata (galaktičke niti ili filamenti).
Prisutnost tako snažnog polja lako se objašnjavaformiranje galaktičkih krakova (još ne postoji konsenzus o razlogu nastanka galaktičkih krakova), raspodjela brzine rotacije galaktičkih diskova od radijusa, eliminira potrebu za uvođenjem aureole tamne tvari.
Ali u ovom trenutku moderna astrofizika ne promatra tako snažna strujanja na skali od desetaka megaparseka, niti visoka intergalaktička i intragalaktička magnetska polja.
Pretpostavke o kozmologiji plazmeNitasta stanična struktura i homogenost Svemira na velikim razmjerima (tzv. Large-Scale Structure of the Universe), koju su napravili Alfvén i Anthony Perrat, neočekivano su potvrđene opažanjima u kasnim 1980-im i 1990-im, ali ta su opažanja također objasniti u okviru općeprihvaćenih kozmoloških modela.
Kako bi objasnio filamentarnu strukturu svemira uTrenutačno se koristi teorija nastanka filamenata zbog gravitacijske nestabilnosti (u početku je gotovo jednolika raspodjela mase koncentrirana na kaustike i dovodi do stvaranja filamenata), na rastućim strukturama tamne tvari, duž kojih je struktura vidljive nastaje materija (podrijetlo takve strukture tamne tvari objašnjava se kvantnim fluktuacijama u procesu inflacije).
Trenutno kozmologija plazme kaoteorija je nepopularna, jer negira razvoj Svemira na putu Velikog praska. S druge strane, ako napustimo teoriju Velikog praska i smatramo da je starost Svemira mnogo veća od 13,5 milijardi godina, tada se skrivena masa može u velikoj mjeri objasniti takvim MACHO objektima kao što su crni patuljci koji evoluiraju od bijelih patuljaka koji su ohladio tijekom desetaka milijardi godina ...
- Materija iz drugih dimenzija (paralelni svemiri)
Neke izvandimenzionalne teorije prihvaćaju gravitaciju kao jedinstvenu vrstu sile koja može djelovati na naš izvandimenzionalni prostor.
Ova pretpostavka pomaže objasnitirelativna slabost gravitacijske interakcije u usporedbi s druge tri osnovne interakcije (elektromagnetska, jaka i slaba): gravitacija je slabija, jer može komunicirati s masivnom materijom u dodatnim dimenzijama, prodrijeti kroz barijeru nedostupnu drugim interakcijama.
Iz toga slijedi da učinak tamne tvari moželogično objasniti interakcijom vidljive materije iz naših običnih dimenzija s masivnom materijom iz drugih (ekstra, nevidljivih) dimenzija kroz gravitaciju. U isto vrijeme, te dimenzije i ova materija u njima ne mogu ni na koji način osjetiti druge vrste interakcija, ne mogu s njima djelovati.
Materija u drugim dimenzijama (zapravo uparalelni svemir) mogu se oblikovati u strukture (galaksije, jata galaksija, filamenti) na način sličan našim mjerenjima ili formirati vlastite, egzotične strukture, koje se u našim mjerenjima osjećaju kao gravitacijski halo oko vidljivih galaksija.
Rezultati numeričkog modeliranja evolucije strukture Svemira
- Topološke svemirske mane
Tamna tvar može biti samo iskonska(nastali u vrijeme Velikog praska) nedostaci u prostoru i / ili topologija kvantnih polja, koja mogu sadržavati energiju, uzrokujući tako gravitacijske sile.
Ova se pretpostavka može istražiti ipotvrđena korištenjem orbitalne mreže svemirskih sondi (oko Zemlje ili unutar Sunčevog sustava) opremljenih točnim, kontinuirano sinkroniziranim (koristeći GPS) atomskim satom koji će bilježiti prolazak takvog topološkog defekta kroz ovu mrežu.
Učinak će se pojaviti kao neobjašnjiv (uobičajenrelativistički razlozi) neusklađenost toka tih satova, koji ima jasan početak, a s vremenom i kraj (ovisno o smjeru kretanja i veličini takvog topološkog nedostatka).
Galaksija bez tamne materije
Znanstvenici pronalaze galaksije bez tamne tvari, ali nemoguće je objasniti kako su nastale.
- NGC1052-DF2
U galaksiji NGC1052-DF2 ima najmanje 400 puta manje tamne tvari nego što bi trebalo biti.
Rezultati mjerenja provedenih korištenjem10-metarski teleskop zvjezdarnice Keck i svemirski teleskop Hubble (to su danas najbolji astronomski instrumenti) također priznaju da u NGC1052-DF2 uopće nema tamne tvari.
Ova galaksija, vidljiva samo kroz velike teleskope,ima ukupni sjaj na razini od 100 milijuna zvijezda poput Sunca, a njegova masa je otprilike 200 milijuna puta veća od mase Sunca - prema ovim parametrima, NGC1052-DF2 ne odskače previše od opće serije.
A ovdje je ono što se nalazi unutar njenih desetrelativno svijetli objekti i zbog toga se na brojnim slikama galaksija čini skupom svijetlih točaka umjesto mutnog oblaka, već je mnogo zanimljivija činjenica; on je bio taj koji je prisilio astronome da postave teleskope s tijesnim rasporedom prema NGC1052-DF2.
Prema istraživačima, ove svijetle točkesu kuglasti zvjezdani skupovi, no njihov broj i raspodjela luminoziteta toliko su neobični da su astronomi čak odbili detaljno govoriti o tim objektima u ovoj publikaciji i obećali da će se tome detaljnije vratiti u drugoj publikaciji, koja je još u procesu pripreme.
Usporedimo li NGC1052-DF2 s drugimagalaksija iste mase, onda bi nevidljiva aureola tamne tvari trebala biti četiri stotine puta teža nego što astronomi nalaze, što je krajnje neobičan rezultat.
- NGC 1052-DF4
Znanstvenici opisuju rezultate dodatnihopažanja koja su omogućila pouzdanije procjene disperzije brzine na temelju gibanja zvijezda. Kao rezultat toga, astronomi su dobili vrijednost od 8,5 kilometara u sekundi s osjetno manjim pogreškama (oko 30%).
Iz ovih podataka proizlazi da je ukupna masagalaksija je približno jednaka masi svjetleće tvari, što eliminira potrebu za uvođenjem tamne tvari u ovom slučaju. Znanstvenici su u blizini otkrili i sličnu galaksiju NGC 1052-DF4, koja je također imala izuzetno malu disperziju zvjezdanih brzina - oko 4,2 kilometra u sekundi, ali pogreške u ovom slučaju iznose oko 80%.
Prema autorima, dobiveni podaci su visokikvalitete pružaju uvjerljive dokaze za postojanje ne samo jedne izuzetne galaksije bez tamne tvari, već i nove klase sličnih objekata.
Također vas podsjećaju da ovi rezultati nisu uni na koji način ne opovrgavaju hipotezu o tamnoj tvari, već, naprotiv, potvrđuju njezinu nužnost: ako su učinci koji su opisani u stvari generirani običnom materijom, tada takva situacija ne bi mogla nastati, a budući da je pronađen objekt bez tamne tvari , onda ovo govori upravo o postojanju dvije odvojene vrste tvari koje nisu izravno povezane.
Kako galaksije mogu postojati bez tamne materije?
Galaksije koje, sudeći prema opažanjima,ne sadrže praktički nikakvu tamnu tvar - tvar koja slabo djeluje s okolnom materijom, za koju se vjeruje da je odgovorna za 26,8% mase Svemira - kompliciraju astronomima razumijevanje prirode ove materije.
Takvi predmeti otkriveni kao rezultat nedavnihpromatranja osporavaju kozmički model Lambda-CDM koji su usvojili astrofizičari, prema kojem bi sve galaksije trebale biti okružene masivnom aureolom tamne tvari.
Predmeti bez tamne tvari nisu jakodobro proučeni od astronoma. Jedan od načina proučavanja mogućih mehanizama njihovog nastanka jest promatranje nekoliko njih u različitim fazama razvoja. Obrada podataka o galaksijama pomoću računalnog modela omogućuje praćenje njihovog razvoja.
Da bi se razumjela njihova strukturaobjekti, znanstvenici su modelirali njihovu evoluciju koristeći Illustris model, koji uzima u obzir životne cikluse zvijezda, utjecaj supernova i crnih rupa te spajanje galaksija. Istraživači su u sustavu stvorenom modelom pronašli nekoliko "patuljastih galaksija" s jednakim brojem zvijezda, brojem kuglastih nakupina i masom tamne tvari.
Kao što ime sugerira, patuljasta galaksijamala je i sastoji se od nekoliko milijardi zvijezda. Nasuprot tome, Mliječna staza, oko koje kruži više od 20 poznatih patuljastih galaksija, ima između 200 i 400 milijardi zvijezda.
Za procjenu se često koriste globularne nakupinesadržaj tamne tvari u galaksijama, posebno u malim. Astrofizičari su otkrili da su patuljaste galaksije izgubile 90% svoje tamne tvari kao rezultat "istiskivanja" njihovog sastavnog materijala vlastitim gravitacijskim silama.
Koji je zaključak?
Otkriće crnih rupa bez tamne tvari nije mogućeznači da ne postoji. Naprotiv, galaksija bez tipične raspodjele zvijezda po brzini potkopava stavove teorija koje pokušavaju pripisati rezultate promatranja nekom univerzalnom učinku koji nije povezan s tamnom tvari.
U modificiranoj je Newtonskoj dinamicizvijezde bi uvijek trebale rotirati oko središta galaksija približno istom brzinom, a NGC1052-DF2 igra protiv ovog modela koji je već izgubio podršku mnogih stručnjaka.
Priznati postojanje galaksije bez mrakamaterije, moderna astrofizika može biti dobra, dok ideja da zakon univerzalne gravitacije djeluje selektivno u različitim dijelovima Svemira čini se barem sumnjivom.
Čitaj više
Najveća santa leda na svijetu se srušila, fragmenti su jurili prema sjeveru. Je li opasno?
Na Saturnovom mjesecu Rei pronađeni su tragovi raketnog goriva. Odakle dolazi?
Pobačaj i znanost: što će se dogoditi s djecom koja će roditi