Kas yra tamsioji materija?
Tamsioji medžiaga astronomijoje ir kosmologijoje, taip pat teorinėje fizikoje – forma
Tamsiosios materijos sąvoka pristatoma teoriškaipaslėptos masės problemos, susijusios su anomaliai didelio galaktikų išorinių regionų sukimosi greičio ir gravitacinio objektyvavimo, paaiškinimai (jie susiję su materija, kurios masė yra daug didesnė už įprastos matomos medžiagos masę); be kitų, tai yra labiausiai patenkinama.
Tamsiosios materijos sudėtis ir prigimtis tikrojojeakimirka nežinoma. Pagal visuotinai priimtą kosmologinį modelį šaltų tamsiosios medžiagos modelis laikomas labiausiai tikėtinu. Labiausiai tikėtini kandidatai į daleles yra wimps. Nepaisant aktyvių paieškų, jie dar nebuvo rasti eksperimentiškai.
Pats terminas „tamsioji medžiaga“ gali būti pirmasisbuvo naudojamas žvaigždžių masei galaktikoje įvertinti pagal jų greičių pasiskirstymą. Galiausiai šis terminas buvo pradėtas vartoti kaip tik nepastebimos materijos prasme, apie kurios egzistavimą galima spręsti tik pagal jos gravitacinę įtaką.
Trimatis tamsiosios materijos pasiskirstymo žemėlapis, sukurtas naudojant silpnos gravitacijos objektyvo metodą COSMOS projekto rėmuose.
Alternatyvios tamsiosios materijos egzistavimo teorijos
- Alternatyvios gravitacijos teorijos
Bandydamas paaiškinti pastebėtus reiškinius,Remiantis visuma, padaryta išvada apie tamsiosios materijos egzistavimo būtinumą, neįtraukiant šios sąvokos, pirmiausia buvo pareikšti svarstymai dėl visuotinai priimtų gravitacinės sąveikos dideliais atstumais dėsnių pagrįstumo.
Garsiausias yra modifikuotasNiutono dinamika (MOND) – tai teorija, kurią devintojo dešimtmečio pradžioje pasiūlė Izraelio astrofizikas Mordechai Milgromas. Tai gravitacijos dėsnio modifikacija, kuri sukuria stipresnę sąveiką kai kuriuose erdvės regionuose, paaiškindama pastebėtą galaktikų sukimosi kreivių formą. .
2004 m. fizikas teoretikas YaakovasBekensteinas, taip pat iš Izraelio, sukūrė reliatyvistinį šios hipotezės apibendrinimą – tenzoriaus-vektoriaus-skaliarinę gravitacijos teoriją, kuri paaiškina ir pastebėtus gravitacinio lęšio efektus.
Be to, 2007 m. Kanados fizikas Johnas Moffatas pasiūlė modifikuotos gravitacijos teoriją, dar vadinamą skaliarinio tenzoriaus ir vektoriaus gravitacijos teorija.
Modifikuotų gravitacijos teorijų šalininkaimano, kad šiuo metu nėra teigiamų rezultatų iš eksperimentų, susijusių su tiesioginiu tamsiosios medžiagos dalelių aptikimu, argumentu jų naudai.
Tuo tarpu šiuo metu dauguma mokslininkųnepripažįsta MOND, nes juo pagrįsti skaičiavimai rodo jo nenuoseklumą. Alternatyvių gravitacijos teorijų problema yra ta, kad net jei jos pateisina atskirus efektus, kurie yra tamsiosios materijos egzistavimo pasekmės, jie vis tiek neatsižvelgia į juos kaip į visumą.
Jie nepaaiškina pastebėto elgesiosusidūrusių galaktikų spiečių ir yra nesuderinami su kosmologiniais argumentais, kad ankstyvojoje visatoje yra daug nebarioninių nematomų medžiagų.
„Abell 2218“ galaktikų klasteris
- Plazmos kosmologija
Ši teorija buvo sukurta 1960 mkurį pateikė švedų fizikas Hannesas Alfvenas (1970 m. Nobelio premijos laureatas už magnetodinamikos atradimus) - tai darydamas jis panaudojo beveik Žemės plazmos (aurora borealis) tyrimų patirtį ir ankstyvąjį Christiano Birkelando darbą.
Teorijos pagrindas yra prielaida, kadElektrinės jėgos yra reikšmingesnės dideliais atstumais (galaktikų ir galaktikų grupių mastelis) nei gravitacija. Jei darytume prielaidą, kad plazma užpildo visą visatą ir turi gerą laidumą, ji gali pravesti milžiniškas elektros sroves (apie 1017–1019 amperų) dešimčių megaparsekų skalėje.
Tokios srovės sukuria galingą galaktikos magnetinį lauką, kuris savo ruožtu formuoja abiejų galaktikų ir jų spiečių (galaktinių gijų arba gijų) struktūrą.
Tokio galingo lauko buvimas lengvai paaiškinamasgalaktikos ginklų formavimas (dar nėra sutarimo dėl galaktikos ginklų susidarymo priežasties), galaktikos diskų sukimosi greičio pasiskirstymas iš spindulio, pašalina būtinybę įvesti tamsiosios medžiagos aureolę.
Tačiau šiuo metu šiuolaikinė astrofizika nepastebi tokių galingų srovių dešimčių megaparsekų skalėje, nei didelių tarpgalaktinių ir intragalaktinių magnetinių laukų.
Plazmos kosmologijos prielaidos apieGijų ląstelių struktūra ir Visatos vienalytiškumas dideliais masteliais (vadinamoji didelio masto Visatos struktūra), kurią padarė Alfvén ir Anthony Perrat, netikėtai patvirtino stebėjimai devintojo dešimtmečio pabaigoje ir 1990-aisiais, tačiau šie stebėjimai taip pat yra paaiškinta visuotinai priimtų kosmologinių modelių rėmuose.
Paaiškinti gijinę Visatos struktūrąŠiuo metu naudojama gijų susidarymo dėl gravitacinio nestabilumo teorija (iš pradžių beveik vienodas masės pasiskirstymas koncentruojasi į kaustiką ir veda prie gijų susidarymo), augančioms tamsiosios medžiagos struktūroms, išilgai kurių susidaro matomos medžiagos struktūra. susidaro medžiaga (tokios tamsiosios materijos struktūros kilmė aiškinama kvantiniais svyravimais infliacijos procese).
Šiuo metu plazmos kosmologija kaipteorija yra nepopuliari, nes neigia Visatos vystymąsi Didžiojo sprogimo keliu. Kita vertus, jei mes atsisakysime Didžiojo sprogimo teorijos ir manysime, kad Visatos amžius yra daug didesnis nei 13,5 milijardo metų, tai paslėptą masę daugiausia galima paaiškinti tokiais MACHO objektais kaip juodieji nykštukai, kurie vystosi iš baltųjų nykštukų, kurie ataušo per keliasdešimt milijardų metų ...
- Materija iš kitų dimensijų (lygiagrečios visatos)
Kai kurios ekstradimensinės teorijos priima gravitaciją kaip unikalią jėgos rūšį, kuri gali veikti mūsų nedimensinę erdvę.
Ši prielaida padeda paaiškintisantykinis gravitacinės sąveikos silpnumas, palyginti su kitomis trimis pagrindinėmis sąveikomis (elektromagnetinėmis, stipriomis ir silpnomis): gravitacija yra silpnesnė, nes ji gali sąveikauti su masine materija papildomose dimensijose, prasiskverbti pro barjerą, prie kurio negali prisijungti kitos sąveikos.
Iš to išplaukia, kad tamsiosios medžiagos efektas galilogiškai paaiškinama mūsų įprastų matmenų matomos materijos sąveika su masyvia medžiaga iš kitų (papildomų, nematomų) matmenų per gravitaciją. Tuo pačiu metu šios dimensijos ir ši materija juose niekaip negali jausti kitokio pobūdžio sąveikos, negali su ja sąveikauti.
Medžiaga kituose matmenyse (iš tikrųjųlygiagreti visata) gali susidaryti į struktūras (galaktikas, galaktikų spiečius, siūlus) panašiai kaip mūsų matavimuose arba sudaryti savo egzotiškas struktūras, kurios mūsų matavimuose jaučiamos kaip gravitacinis aureolė aplink matomas galaktikas.
Visatos struktūros raidos skaitmeninio modeliavimo rezultatai
- Topologinės erdvės defektai
Tamsioji materija gali būti tik pirmapradė(atsirandantys Didžiojo sprogimo metu) erdvės ir (arba) kvantinių laukų topologijos defektai, kuriuose gali būti energijos, taip sukeldami gravitacines jėgas.
Šią prielaidą galima ištirti irpatikrinta naudojant orbitinį kosminių zondų tinklą (aplink Žemę arba Saulės sistemoje), aprūpintą tikslu, nuolat sinchronizuojamu (naudojant GPS) atominį laikrodį, kuris fiksuos tokio topologinio defekto praėjimą per šį tinklą.
Poveikis pasirodys kaip nepaaiškinamas (dažnasreliatyvistinės priežastys) šių laikrodžių eigos neatitikimas, turintis aiškią pradžią ir, laikui bėgant, pabaigą (priklausomai nuo judėjimo krypties ir tokio topologinio defekto dydžio).
Galaktika be tamsiosios materijos
Mokslininkai randa galaktikų be tamsiosios materijos, tačiau niekaip negalima paaiškinti, kaip jos susidarė.
- NGC1052-DF2
NGC1052-DF2 galaktikoje tamsiosios medžiagos yra mažiausiai 400 kartų mažiau nei turėtų būti.
Matavimų, atliktų naudojantKecko observatorijos 10 metrų teleskopas ir Hablo kosminis teleskopas (tai geriausi šiandien turimi astronominiai instrumentai) taip pat pripažįsta, kad NGC1052-DF2 tamsiosios medžiagos visiškai nėra.
Ši galaktika, matoma tik per didelius teleskopus,bendras šviesumas yra 100 milijonų žvaigždžių kaip Saulė, o jo masė yra maždaug 200 milijonų kartų didesnė už Saulės masę - pagal šiuos parametrus NGC1052-DF2 per daug neišsiskiria iš bendrų serijų.
Bet kas randama jos dešimties vidujepalyginti ryškūs objektai, ir dėl to daugelyje vaizdų galaktika pasirodo kaip ryškių taškų rinkinys, o ne neryškus debesis, jau yra daug įdomesnis faktas; būtent jis privertė astronomus dislokuoti teleskopus pagal glaudų grafiką link NGC1052-DF2.
Tyrėjų teigimu, šios ryškios dėmėsyra rutulinės žvaigždžių spiečiai, tačiau jų skaičius ir šviesų pasiskirstymas yra toks neįprastas, kad astronomai net atsisakė išsamiai apie šiuos objektus kalbėti šiame leidinyje ir pažadėjo prie to plačiau grįžti kitame leidinyje, kuris dar tik ruošiamas.
Jei palygintume NGC1052-DF2 su kitaistos pačios masės galaktikų, tada nematoma tamsiosios materijos aureolė turėtų būti keturis šimtus kartų sunkesnė už tai, ką nustato astronomai, o tai itin neįprastas rezultatas.
- NGC 1052-DF4
Mokslininkai aprašo papildomų rezultatųstebėjimai, kurie leido patikimiau įvertinti greičio sklaidą, remiantis žvaigždžių judesiais. Dėl to astronomai gavo 8,5 kilometro per sekundę vertę su pastebimai mažesnėmis paklaidomis (apie 30%).
Remiantis šiais duomenimis, bendra masėgalaktika yra maždaug lygi šviečiančios medžiagos masei, todėl šiuo atveju nebereikia įvesti tamsiosios medžiagos. Mokslininkai taip pat atrado netoliese esančią panašią galaktiką NGC 1052-DF4, kurios žvaigždžių greitis taip pat sklaidėsi itin mažai - apie 4,2 kilometro per sekundę, tačiau klaidos šiuo atveju siekia apie 80 proc.
Pasak autorių, gauti duomenys yra didelisavybės suteikia įtikinamų įrodymų, kad egzistuoja ne tik viena išskirtinė galaktika be tamsiosios medžiagos, bet ir nauja panašių objektų klasė.
Jie taip pat primena, kad šie rezultatai nėrajokiu būdu nepaneigia tamsiosios materijos hipotezės, bet, priešingai, patvirtina jos būtinybę: jei jos aprašytus efektus iš tikrųjų sukėlė įprasta materija, tai tokia situacija negalėjo atsirasti, o kadangi randamas objektas be tamsiosios materijos , tada kalbama būtent apie dviejų atskirų rūšių medžiagų, kurios nėra tiesiogiai susijusios, egzistavimą.
Kaip galaktikos gali egzistuoti be tamsiosios materijos?
Galaktikos, kurios, sprendžiant iš stebėjimų,praktiškai neturi tamsiosios medžiagos – medžiagos, kuri silpnai sąveikauja su supančia medžiaga, kuri, kaip manoma, yra atsakinga už 26,8 % Visatos masės – apsunkina astronomų supratimą apie šios materijos prigimtį.
Tokie objektai atrasti dėl pastarojo metoŠie stebėjimai meta iššūkį astrofizikų priimtam kosmologiniam „Lambda-CDM“ modeliui, pagal kurį visas galaktikas turėtų supa didžiulė tamsiosios materijos aureolė.
Tamsios medžiagos neturintys objektai nėra labaigerai studijavo astronomai. Vienas iš būdų tirti galimus jų susidarymo mechanizmus yra stebėti kelis iš jų skirtinguose vystymosi etapuose. Informacijos apie galaktikas apdorojimas naudojant kompiuterio modelį leidžia atsekti jų evoliuciją.
Norint suprasti šių struktūrąobjektų, mokslininkai modeliavo jų evoliuciją naudodami „Illustris“ modelį, kuriame atsižvelgiama į žvaigždžių gyvenimo ciklus, supernovų ir juodųjų skylių įtaką bei galaktikų susijungimą. Tyrėjai modelio sukurtoje sistemoje rado keletą „nykštukinių galaktikų“ su vienodu žvaigždžių skaičiumi, rutulinių spiečių skaičiumi ir tamsiosios materijos mase.
Kaip rodo pavadinimas, nykštukinė galaktikayra mažas ir susideda iš kelių milijardų žvaigždžių. Priešingai, Paukščių Takas, kurį sukasi daugiau nei 20 žinomų nykštukinių galaktikų, turi nuo 200 iki 400 milijardų žvaigždžių.
Vertinant dažnai naudojami rutuliniai klasteriaitamsiosios medžiagos kiekis galaktikose, ypač mažose. Astrofizikai nustatė, kad nykštukinės galaktikos prarado 90% savo tamsiosios materijos dėl to, kad jų pačių gravitacinės jėgos „išstūmė“ savo sudėtinę medžiagą.
Kokia esmė?
Juodųjų skylių aptikimas be tamsiosios medžiagos neįmanomasreiškia, kad jo nėra. Priešingai, galaktika, neturinti tipiško žvaigždžių pasiskirstymo pagal greitį, pakerta teorijų pozicijas, kurios bando priskirti stebėjimo rezultatus kokiam nors universaliam poveikiui, nesusijusiam su tamsiąja medžiaga.
Tai modifikuota Niutono dinamikažvaigždės visada turėtų suktis aplink galaktikų centrą maždaug tokiu pačiu greičiu, o NGC1052-DF2 žaidžia prieš šį modelį, kuris jau prarado daugelio ekspertų palaikymą.
Pripažinti galaktikos egzistavimą be tamsosmaterijos, šiuolaikinė astrofizika gali būti gerai, o mintis, kad visuotinės traukos dėsnis veikia pasirinktinai skirtingose Visatos dalyse, yra bent jau abejotina.
Skaityti daugiau
Didžiausias ledkalnis pasaulyje sugriuvo, fragmentai veržėsi į šiaurę. Ar tai pavojinga?
Saturno mėnulyje Rhea buvo rasti raketų kuro pėdsakai. Iš kur jis atsiranda?
Abortas ir mokslas: kas nutiks gimdantiems vaikams