Mi a sötét anyag?
A sötét anyag a csillagászatban és a kozmológiában, valamint az elméleti fizikában - forma
Az elméleti értelemben a sötét anyag fogalmát vezetik bea rejtett tömegprobléma magyarázata a galaxisok külső régióinak rendellenesen nagy forgási sebességének és a gravitációs lencse hatásainak (ezek olyan anyagot érintenek, amelynek tömege sokkal nagyobb, mint a közönséges látható anyag tömege); többek között ez a legkielégítőbb.
A sötét anyag összetétele és jellege a valóságbanpillanat ismeretlen. Az általánosan elfogadott kozmológiai modell keretében a hideg sötét anyag modelljét tartják a legvalószínűbbnek. A legvalószínűbb jelölt a részecskék szerepére a wimps. Az aktív keresések ellenére még nem találták meg kísérletileg.
Maga a „sötét anyag” kifejezés lehet az elsősegítségével becsülték meg a galaxisban lévő csillagok tömegét sebességük eloszlása alapján. Végső soron a kifejezést pontosan a nem megfigyelhető anyag értelmében kezdték használni, amelynek létezése csak gravitációs hatása alapján ítélhető meg.
A sötét anyag eloszlásának háromdimenziós térképe, amelyet a gyenge gravitációs lencse módszerével készítettek a COSMOS projekt keretében.
Alternatív elméletek a sötét anyag létezéséről
- Alternatív gravitációs elméletek
Amikor megpróbálja megmagyarázni a megfigyelt jelenségeket,Ennek alapján, összességében, a sötét anyag létezésének szükségességére vonatkozóan következtetést vontunk le, e fogalom bevonása nélkül, először a nagy távolságok gravitációs kölcsönhatásának általánosan elfogadott törvényeinek érvényességével kapcsolatos megfontolásokat fogalmaztak meg.
A leghíresebb a módosítottA Newtoni dinamika (MOND) Mordechai Milgrom izraeli asztrofizikus által az 1980-as évek elején javasolt elmélet, amely a gravitációs törvény olyan módosítása, amely erősebb kölcsönhatásokat vált ki a tér egyes régióiban oly módon, hogy megmagyarázza a galaxisok forgási görbéinek megfigyelt alakját. .
2004-ben Yaakov elméleti fizikusA szintén izraeli Bekenstein kidolgozta ennek a hipotézisnek a relativisztikus általánosítását - a gravitáció tenzor-vektor-skalár elméletét, amely a gravitációs lencsék megfigyelt hatásait is megmagyarázza.
Ezenkívül 2007-ben John Moffat kanadai fizikus javasolta a módosított gravitáció elméletét, amelyet a gravitáció skalár-tenzor-vektor elméletének is neveznek.
A módosított gravitációs elméletek híveia sötét anyag részecskéinek közvetlen kimutatására irányuló kísérletek pozitív eredményeinek jelenlegi hiányát a mellettük szóló érvnek tekintik.
Eközben jelenleg a legtöbb tudósnem ismeri fel a MOND-ot, mivel az erre épülő számítások az inkonzisztenciát jelzik. Az alternatív gravitációs elméletekkel az a probléma, hogy még ha igazolják is azokat az egyedi hatásokat, amelyek a sötét anyag létezésének következményei, mégsem veszik azokat teljes egészében figyelembe.
Nem magyarázzák a megfigyelt viselkedéstütköző galaxishalmazok, és nincsenek összhangban a korai világegyetemben nagy mennyiségű nem barioni láthatatlan anyag jelenlétére vonatkozó kozmológiai érvekkel.
Abell 2218 galaxisok klasztere
- Plazma kozmológia
Ezt az elméletet az 1960-as években fejlesztették kiHannes Alfven nevű svéd fizikus (a magnetodinamika felfedezésének Nobel-díjas 1970-ben) - ennek során felhasználta a földközeli plazma (aurora borealis) tanulmányainak tapasztalatait és Christian Birkeland korai munkásságát.
Az elmélet alapja az a feltevés, hogyAz elektromos erők jelentősebbek nagy távolságokon (galaxisok és galaxishalmazok léptéke), mint a gravitáció. Ha feltételezzük, hogy a plazma kitölti az egész univerzumot, és jó vezetőképességgel rendelkezik, akkor hatalmas elektromos áramot (körülbelül 1017–1019 ampert) vezethet több tíz megaparszekes skálán.
Az ilyen áramok erőteljes galaktikus mágneses teret hoznak létre, amely viszont mindkét galaxis és halmazaik (galaktikus szálak vagy filamentumok) szerkezetét alkotja.
Egy ilyen erős mező jelenléte könnyen megmagyarázhatóa galaktikus karok kialakulása (még nincs konszenzus a galaktikus karok kialakulásának okáról), a galaktikus korongok forgási sebességének eloszlása a sugárból, kiküszöböli a sötét anyag glóriájának bevezetését.
De jelenleg a modern asztrofizika nem figyel meg ilyen erős áramokat több tíz megaparszek skálán, sem pedig nagy intergalaktikus és intragalaktikus mágneses tereket.
Plazmakozmológiai feltevések kbAz Alfvén és Anthony Perrat által készített Univerzum fonalas sejtszerkezetét és homogenitását nagy léptékben (az ún. Large-Scale Structure of the Universe) váratlanul megerősítették az 1980-as és 1990-es évek végén végzett megfigyelések, de ezek a megfigyelések is általánosan elfogadott kozmológiai modellek keretein belül magyarázzák.
Megmagyarázni az Univerzum fonalas szerkezetétJelenleg a gravitációs instabilitás miatti filamentumok képződésének elméletét használják (kezdetben a majdnem egyenletes tömegeloszlás a maró anyagokra koncentrálódik, és szálak képződéséhez vezet), a sötét anyag növekvő struktúráira, amelyek mentén a látható anyag képződik (a sötét anyag ilyen szerkezetének eredetét az infláció folyamatában bekövetkező kvantumfluktuációk magyarázzák).
Jelenleg a plazma kozmológia asaz elmélet népszerűtlen, mivel tagadja az Univerzum fejlődését az ősrobbanás útján. Másrészt, ha elvetjük az ősrobbanás elméletét, és az Univerzum korát jóval nagyobbnak tekintjük, mint 13,5 milliárd év, akkor a rejtett tömeg nagyrészt olyan MACHO objektumokkal magyarázható, mint a fekete törpék, amelyek fehér törpékből fejlődnek ki, amelyek több tízmilliárd év alatt hűltek le ...
- Anyag más dimenziókból (párhuzamos univerzumok)
Egyes extradimenziós elméletek a gravitációt olyan egyedi erőtípusként fogadják el, amely képes hatni az extradimenziós terünkre.
Ez a feltételezés segít megmagyaráznia gravitációs kölcsönhatás relatív gyengesége a másik három alapvető kölcsönhatáshoz (elektromágneses, erős és gyenge) képest: a gravitáció gyengébb, mivel a masszív anyaggal extra dimenziókban léphet kölcsönhatásba, áthatol egy olyan gáton, amelyhez más interakciók nem férnek hozzá.
Ebből következik, hogy a sötét anyag hatás képeslogikusan megmagyarázható a hétköznapi dimenzióinkból származó látható anyagnak a gravitáció révén más (extra, láthatatlan) dimenziókból származó tömeges anyaggal. Ugyanakkor ezek a dimenziók és ez az anyag bennük semmilyen módon nem érezhetnek más típusú interakciókat, nem léphetnek kölcsönhatásba vele.
Az anyag más dimenziókban (valójában bennepárhuzamos Univerzum) a méréseinkhez hasonló módon struktúrákká (galaxisok, galaxishalmazok, filamentumok) alakulhatnak, vagy saját, egzotikus struktúrákat alkothatnak, amelyeket méréseink során gravitációs glóriaként érzékelünk a látható galaxisok körül.
Az Univerzum szerkezetének evolúciójának numerikus modellezésének eredményei
- Topológiai térhibák
A sötét anyag lehet, hogy csak ősi(az ősrobbanás idején keletkeznek) az űrben és / vagy a kvantummezők topológiájában fellépő hibák, amelyek energiát tartalmazhatnak, ezáltal gravitációs erőket okozva.
Ez a feltételezés feltárható ésűrszondák orbitális hálózatával (a Föld körül vagy a Naprendszeren belül) ellenőrizték, amely pontos, folyamatosan szinkronizált (GPS-t használó) atomórával rendelkezik, amely rögzíti egy ilyen topológiai hiba áthaladását ezen a hálózaton.
A hatás megmagyarázhatatlannak tűnik (gyakorirelativisztikus okok miatt) ezen órák menetének eltérése, amelynek világos kezdete és idővel a vége van (a mozgás irányától és az ilyen topológiai hiba nagyságától függően).
Galaxy sötét anyag nélkül
A tudósok sötét anyag nélküli galaxisokat találnak, de nincs módjuk megmagyarázni, hogyan keletkeztek.
- NGC1052-DF2
Az NGC1052-DF2 galaxisban legalább 400-szor kevesebb sötét anyag van, mint kellene.
segítségével végzett mérések eredményeiA Keck Obszervatórium 10 méteres teleszkópja és a Hubble Űrteleszkóp (ezek a ma elérhető legjobb csillagászati műszerek) szintén elismerik, hogy az NGC1052-DF2-ben egyáltalán nincs sötét anyag.
Ez a galaxis, amely csak nagy teleszkópokon keresztül látható,teljes fényereje a Naphoz hasonló 100 millió csillag szintjén van, tömege pedig körülbelül 200 milliószor nagyobb, mint a Nap tömege - ezen paraméterek szerint az NGC1052-DF2 nem tűnik ki túlságosan az általános sorozatból.
De mi található benne a tízesviszonylag fényes tárgyak, és emiatt számos képen a galaxis fényes pontok halmazának bizonyul elmosódott felhő helyett, már sokkal érdekesebb tény; ő volt az, aki arra kényszerítette a csillagászokat, hogy szorosan csomagolt menetrenddel teleszkópokat telepítsenek az NGC1052-DF2 irányába.
A kutatók szerint ezek a fényes foltokgömb alakú csillaghalmazok, de számuk és fényességeloszlásuk annyira szokatlan, hogy a csillagászok még arra sem voltak hajlandóak, hogy ebben a kiadványban részletesen beszéljenek ezekről az objektumokról, és megígérték, hogy erre egy másik, még előkészítés alatt álló kiadványban részletesebben visszatérnek.
Ha összehasonlítjuk az NGC1052-DF2-t másokkalazonos tömegű galaxisok, akkor a sötét anyag láthatatlan fényudvarának négyszázszor nehezebbnek kell lennie, mint amit a csillagászok találtak, ami rendkívül szokatlan eredmény.
- NGC 1052-DF4
A tudósok további eredményeket írnak lemegfigyelések, amelyek lehetővé tették a csillagmozgások alapján megbízhatóbb becslések készítését a sebesség diszperziójáról. Ennek eredményeként a csillagászok 8,5 kilométer/s értéket kaptak észrevehetően kisebb hibával (kb. 30%).
Ezekből az adatokból következik, hogy a teljes tömega galaxis megközelítőleg megegyezik a világító anyag tömegével, ami ebben az esetben kiküszöböli a sötét anyag bevezetésének szükségességét. A tudósok a közelben felfedeztek egy hasonló NGC 1052-DF4 galaxist is, amelynek szintén rendkívül alacsony a csillagsebesség-szórása - körülbelül 4,2 kilométer / másodperc, de a hibák ebben az esetben körülbelül 80% -osak.
A szerzők szerint a kapott adatok magasakA minőségek meggyőző bizonyítékot szolgáltatnak arra, hogy nemcsak egy kivételes, sötét anyag nélküli galaxis létezik, hanem a hasonló objektumok egy új osztálya is.
Emlékeztetnek arra is, hogy ezek az eredmények nemsemmiképpen sem cáfolja a sötét anyag hipotézisét, hanem éppen ellenkezőleg, erősítse meg annak szükségességét: ha az általa leírt hatásokat valóban a hétköznapi anyag generálta, akkor ilyen helyzet nem állhat elő, és mivel sötét anyag nélküli tárgy található , akkor ez pontosan két különálló, közvetlenül nem kapcsolódó anyagtípus létezéséről szól.
Hogyan létezhetnek galaxisok sötét anyag nélkül?
Galaxisok, amelyek a megfigyelések alapjángyakorlatilag nem tartalmaznak sötét anyagot – egy olyan anyagot, amely gyengén kölcsönhatásba lép a környező anyaggal, amely vélhetően az Univerzum tömegének 26,8%-áért felelős –, ami megnehezíti a csillagászok megértését az anyag természetéről.
Ilyen tárgyakat fedeztek fel a közelmúlt eredményekéntEzek a megfigyelések megkérdőjelezik az asztrofizikusok által elfogadott Lambda-CDM kozmológiai modellt, amely szerint minden galaxist hatalmas tömegű sötét anyaggal kell körülvenni.
A sötét anyagtól mentes tárgyak nem nagyonjól tanulmányozták a csillagászok. Kialakulásuk lehetséges mechanizmusainak tanulmányozásának egyik módja, ha többeket megfigyelünk a fejlődés különböző szakaszaiban. A galaxisokkal kapcsolatos információk számítógépes modell segítségével történő feldolgozása lehetővé teszi evolúciójuk nyomon követését.
Ezek felépítésének megértése érdekébenobjektumok, a tudósok az Illustris modell segítségével modellezték evolúciójukat, amely figyelembe veszi a csillagok életciklusait, a szupernóvák és a fekete lyukak hatását, valamint a galaxisok egyesülését. A kutatók a modell által létrehozott rendszerben több "törpe galaxist" találtak, azonos számú csillaggal, gömbhalmazok számával és a sötét anyag tömegével.
Ahogy a neve is sugallja, egy törpe galaxiskicsi és több milliárd csillagból áll. Ezzel szemben a Tejútrendszerben, amelyet több mint 20 ismert törpegalaxis kering, 200-400 milliárd csillag van.
A felméréshez gyakran gömbös klasztereket használnaksötét anyag tartalom a galaxisokban, különösen a kicsiekben. Az asztrofizikusok azt találták, hogy a törpe galaxisok sötét anyaguk 90% -át elvesztették annak eredményeként, hogy saját gravitációs erejük "kiszorította" alkotó anyagukat.
Mi a lényeg?
A fekete lyukak felfedezése sötét anyag nélkül nem lehetségesazt jelenti, hogy nem létezik. Éppen ellenkezőleg, a csillagok sebesség szerinti tipikus eloszlása nélküli galaxis aláássa azoknak az elméleteknek az álláspontját, amelyek a megfigyelési eredményeket valamilyen univerzális hatásnak próbálják tulajdonítani, amely nem kapcsolódik a sötét anyaghoz.
Ez a módosított newtoni dinamikában vana csillagoknak mindig megközelítőleg azonos sebességgel kell forogniuk a galaxisok középpontja körül, és az NGC1052-DF2 ezzel a modellel szemben játszik, amely már sok szakértő támogatását elvesztette.
Beismerni egy sötét nélküli galaxis létezésétaz anyag szempontjából a modern asztrofizika jó lehet, míg az az elképzelés, hogy az egyetemes gravitáció törvénye szelektíven működik az Univerzum különböző részein, legalábbis kétségesnek tűnik.
Olvass tovább
A világ legnagyobb jéghegyje összeomlott, a töredékek észak felé rohantak. Veszélyes?
Rakéta üzemanyag nyomait találták a Szaturnusz Rhea holdján. Honnan származik?
Abortusz és tudomány: mi lesz a gyerekekkel, akik szülni fognak