Kas ir tumšā matērija?
Tumšā matērija astronomijā un kosmoloģijā, kā arī teorētiskajā fizikā – forma
Teorētiski tiek ieviests tumšās matērijas jēdzienspaslēptās masas problēmas skaidrojumi par galaktiku ārējo reģionu anomāli liela griešanās ātruma un gravitācijas lēcu iedarbību (tajos iesaistīta viela, kuras masa ir daudz lielāka nekā parastās redzamās vielas masa); cita starpā tas ir visapmierinošākais.
Tumšās matērijas sastāvs un raksturs uz reālobrīdis nav zināms. Vispārpieņemtā kosmoloģiskā modeļa ietvaros visticamākais tiek uzskatīts aukstās tumšās vielas modelis. Visticamākie kandidāti uz daļiņu lomu ir wimps. Neskatoties uz aktīviem meklējumiem, tie vēl nav atrasti eksperimentāli.
Pats termins “tumšā viela” var būt pirmaistika izmantots, lai novērtētu zvaigžņu masu galaktikā, pamatojoties uz to ātrumu sadalījumu. Galu galā šo terminu sāka lietot tieši nenovērojamas matērijas nozīmē, par kuras esamību var spriest tikai pēc gravitācijas ietekmes.
Trīsdimensiju tumšās vielas izplatības karte, kas izveidota, izmantojot vājas gravitācijas lēcu metodi COSMOS projekta ietvaros.
Alternatīvās teorijas par tumšās matērijas esamību
- Alternatīvās gravitācijas teorijas
Mēģinot izskaidrot novērotās parādības,Pamatojoties uz to, kopumā tika izdarīts secinājums par tumšās vielas pastāvēšanas nepieciešamību, neiesaistot šo jēdzienu, vispirms tika izteikti apsvērumi par vispārpieņemto gravitācijas mijiedarbības likumu pamatotību lielos attālumos.
Slavenākais ir modificētaisŅūtona dinamika (MOND) ir Izraēlas astrofiziķa Mordehaja Milgroma 80. gadu sākumā ierosināta teorija, kas ir gravitācijas likuma modifikācija, kas rada spēcīgāku mijiedarbību dažos kosmosa reģionos tādā veidā, kas izskaidro galaktiku rotācijas līkņu novēroto formu. .
2004. gadā teorētiskais fiziķis JākovsBekenšteins, arī no Izraēlas, izstrādāja šīs hipotēzes relativistisku vispārinājumu - gravitācijas tenzora-vektora-skalāra teoriju, kas arī izskaidro gravitācijas lēcu novērotās sekas.
Turklāt 2007. gadā kanādiešu fiziķis Džons Mofats ierosināja savu modificētās gravitācijas teoriju, ko sauc arī par gravitācijas skalārā-tenzora-vektora teoriju.
Modificēto gravitācijas teoriju piekritējiuzskata, ka pašreizējais pozitīvu rezultātu trūkums eksperimentos par tumšās vielas daļiņu tiešu noteikšanu ir arguments viņu labā.
Tikmēr šobrīd lielākā daļa zinātniekuneatpazīst MOND, jo uz tā balstītie aprēķini liecina par tā neatbilstību. Problēma ar alternatīvajām gravitācijas teorijām ir tāda, ka pat tad, ja tās sniedz pamatojumu atsevišķiem efektiem, kas ir tumšās matērijas pastāvēšanas sekas, tie tomēr neņem vērā tos kopumā.
Viņi nepaskaidro novēroto uzvedībusaduras galaktiku kopas un ir pretrunā ar kosmoloģiskajiem argumentiem par liela daudzuma ne-barioona neredzamās vielas klātbūtni agrīnā Visumā.
Abell 2218 galaktiku kopa
- Plazmas kosmoloģija
Šī teorija tika izstrādāta 1960. gadosautors ir zviedru fiziķis vārdā Hanness Alfvens (1970. gada Nobela prēmijas laureāts par magnetodinamikas atklājumiem) - to darot, viņš izmantoja Zemes tuvumā esošās plazmas (aurora borealis) pētījumu un Kristiāna Birkelanda agrīna darba pieredzi.
Teorijas pamatā ir pieņēmums, kaElektriskie spēki lielos attālumos (galaktiku un galaktiku kopu mērogs) ir nozīmīgāki nekā gravitācija. Ja pieņemam, ka plazma aizpilda visu Visumu un tai ir laba vadītspēja, tad tā varētu vadīt milzīgas elektriskās strāvas (apmēram 1017–1019 ampēri) desmitiem megaparseku mērogā.
Šādas straumes rada spēcīgu galaktikas magnētisko lauku, kas savukārt veido abu galaktiku un to kopu (galaktikas pavedienu vai pavedienu) struktūru.
Šāda spēcīga lauka klātbūtne ir viegli izskaidrojamagalaktisko roku veidošanās (pagaidām nav vienprātības par galaktisko roku veidošanās iemeslu), galaktikas disku rotācijas ātruma sadalījums no rādiusa, novērš nepieciešamību ieviest tumšās vielas oreolu.
Bet šobrīd mūsdienu astrofizikā nenovēro tik spēcīgas straumes desmitiem megaparseku mērogā, ne augstus starpgalaktiskos un intragalaktiskos magnētiskos laukus.
Plazmas kosmoloģijas pieņēmumi parFilamento šūnu struktūra un Visuma viendabīgums lielos mērogos (tā sauktā Visuma liela mēroga struktūra), ko veica Alfvēna un Entonijs Perrats, negaidīti apstiprināja novērojumi 80. gadu beigās un 90. gados, taču arī šie novērojumi ir skaidrots vispārpieņemtu kosmoloģisko modeļu ietvaros.
Lai izskaidrotu Visuma pavedienu struktūruPašlaik tiek izmantota teorija par pavedienu veidošanos gravitācijas nestabilitātes dēļ (sākotnēji gandrīz vienmērīgs masas sadalījums tiek koncentrēts uz kodīgām vielām un noved pie pavedienu veidošanās), uz augošām tumšās vielas struktūrām, pa kurām veidojas redzamās vielas struktūra. veidojas matērija (šādas tumšās matērijas struktūras izcelsme tiek skaidrota ar kvantu svārstībām inflācijas procesā).
Pašlaik plazmas kosmoloģija kāteorija ir nepopulāra, jo tā noliedz Visuma attīstību pa Lielā sprādziena ceļu. No otras puses, ja mēs atsakāmies no Lielā sprādziena teorijas un uzskatām, ka Visuma vecums ir daudz lielāks par 13,5 miljardiem gadu, tad slēpto masu lielā mērā var izskaidrot ar tādiem MACHO objektiem kā melnie punduri, kas attīstās no baltajiem punduriem, kas ir atdzisuši vairāku desmitu miljardu gadu laikā ...
- Matērija no citām dimensijām (paralēlie Visumi)
Dažas ārpusdimensiju teorijas pieņem gravitāciju kā unikālu spēka veidu, kas var iedarboties uz mūsu ārpusdimensiju telpu.
Šis pieņēmums palīdz izskaidrotgravitācijas mijiedarbības relatīvais vājums salīdzinājumā ar pārējām trim pamata mijiedarbībām (elektromagnētiskā, stipra un vāja): gravitācija ir vājāka, jo tā var mijiedarboties ar masīvu vielu papildu dimensijās, iekļūt barjerā, kas nav pieejama citām mijiedarbībām.
No tā izriet, ka tumšās vielas efekts varTo var loģiski izskaidrot ar mūsu parastajām dimensijām redzamās matērijas mijiedarbību ar masīvo vielu no citām (papildu, neredzamām) dimensijām caur gravitāciju. Tajā pašā laikā šīs dimensijas un šī matērija tajās nekādi nevar sajust cita veida mijiedarbību, nevar ar to mijiedarboties.
Matērija citās dimensijās (faktiski iekšāparalēlais Visums) var veidoties struktūrās (galaktikas, galaktiku kopas, pavedieni) līdzīgi mūsu mērījumiem vai veidot savas, eksotiskas struktūras, kuras mūsu mērījumos ir jūtamas kā gravitācijas halo ap redzamām galaktikām.
Visuma struktūras evolūcijas skaitliskās modelēšanas rezultāti
- Topoloģiskās telpas defekti
Tumšā matērija var būt tikai pirmatnēja(kas rodas Lielā sprādziena laikā) kosmosa un / vai kvantu lauku topoloģijas defekti, kas var saturēt enerģiju, tādējādi izraisot gravitācijas spēkus.
Šo pieņēmumu var izpētīt unpārbaudīts, izmantojot kosmosa zondes orbitālo tīklu (ap Zemi vai Saules sistēmā), kas aprīkots ar precīzu, nepārtraukti sinhronizētu (izmantojot GPS) atompulksteni, kas reģistrēs šāda topoloģiskā defekta pāreju caur šo tīklu.
Efekts parādīsies kā neizskaidrojams (bieži sastopamsrelativistisku iemeslu dēļ) šo pulksteņu norises neatbilstība, kurai ir skaidrs sākums un ar laiku arī beigas (atkarībā no kustības virziena un šāda topoloģiskā defekta lieluma).
Galaktika bez tumšās matērijas
Zinātnieki atrod galaktikas bez tumšās matērijas, taču to veidošanu nav iespējams izskaidrot.
- NGC1052-DF2
NGC1052-DF2 galaktikā tumšās vielas ir vismaz 400 reizes mazāk, nekā vajadzētu.
Mērījumu rezultāti, kas veikti, izmantojotArī Kekas observatorijas 10 metru teleskops un Habla kosmiskais teleskops (šie ir labākie mūsdienās pieejamie astronomiskie instrumenti) pieļauj, ka NGC1052-DF2 tumšās vielas nemaz nav.
Šī galaktika, kas redzama tikai caur lieliem teleskopiem,kopējais spilgtums ir 100 miljonu zvaigžņu, piemēram, Saules, līmenī, un tā masa ir aptuveni 200 miljonus reižu lielāka par Saules masu - pēc šiem parametriem NGC1052-DF2 īpaši neizceļas no vispārējās sērijas.
Un šeit ir tas, kas atrodams viņas desmitniekāsamērā spilgti objekti, un tādēļ vairākos attēlos galaktika izrādās spilgtu punktu kopa izplūduša mākoņa vietā, tas jau ir daudz interesantāks fakts; tas bija tas, kurš piespieda astronomus izvietot teleskopus ar stingru grafiku virzienā uz NGC1052-DF2.
Pēc pētnieku domām, šie spilgti plankumiir lodveida zvaigžņu kopas, taču to skaits un spožuma sadalījums ir tik neparasts, ka astronomi pat atteicās šajā publikācijā sīkāk par šiem objektiem runāt un solīja pie tā sīkāk atgriezties citā publikācijā, kas vēl tiek gatavota.
Ja salīdzinām NGC1052-DF2 ar citiemvienādas masas galaktikām, tad neredzamajam tumšās matērijas oreolu vajadzētu būt četrsimt reižu smagākam par to, ko atklāj astronomi, kas ir ārkārtīgi neparasts rezultāts.
- NGC 1052-DF4
Zinātnieki apraksta papildu rezultātusnovērojumi, kas ļāva veikt ticamākus ātruma izkliedes aprēķinus, pamatojoties uz zvaigžņu kustībām. Rezultātā astronomi saņēma vērtību 8,5 kilometri sekundē ar ievērojami mazākām kļūdām (apmēram 30%).
No šiem datiem izriet, ka kopējā masagalaktika ir aptuveni vienāda ar gaismas vielas masu, kas šajā gadījumā novērš nepieciešamību pēc tumšās vielas ievadīšanas. Zinātnieki tuvumā atklāja arī līdzīgu galaktiku NGC 1052-DF4, kurai arī zvaigžņu ātruma izkliede bija ārkārtīgi zema - aptuveni 4,2 kilometri sekundē, taču kļūdas šajā gadījumā ir aptuveni 80%.
Pēc autoru domām, iegūtie dati ir augstiīpašības sniedz pārliecinošus pierādījumus ne tikai vienas ārkārtējas galaktikas bez tumšās vielas esamībai, bet arī jaunai līdzīgu objektu klasei.
Viņi arī atgādina, ka šie rezultāti navnekādā ziņā neatspēko tumšās matērijas hipotēzi, bet, gluži pretēji, apstiprina tās nepieciešamību: ja tās aprakstītos efektus faktiski radītu parasta viela, tad šāda situācija nevarētu rasties, un tā kā tiek atrasts objekts bez tumšās matērijas , tad tas precīzi runā par divu atsevišķu veidu vielu esamību, kas nav tieši saistītas.
Kā galaktikas var pastāvēt bez tumšās matērijas?
Galaktikas, kuras, spriežot pēc novērojumiem,praktiski nesatur tumšo vielu - vielu, kas vāji mijiedarbojas ar apkārtējo vielu, kas, domājams, ir atbildīga par 26,8% no Visuma masas, apgrūtina astronomu izpratni par šīs matērijas būtību.
Šādi objekti atklāti nesenā rezultātānovērojumi izaicina astrofiziķu pieņemto Lambda-CDM kosmoloģisko modeli, saskaņā ar kuru visas galaktikas jāapņem ar masīvu tumšās vielas oreolu.
Tumšās vielas nesaturoši objekti nav ļotilabi izpētījuši astronomi. Viens no veidiem, kā izpētīt iespējamos to veidošanās mehānismus, ir novērot vairākus no tiem dažādos attīstības posmos. Informācijas apstrāde par galaktikām, izmantojot datora modeli, ļauj izsekot to evolūcijai.
Lai saprastu šo struktūruobjektus, zinātnieki ir modelējuši to evolūciju, izmantojot Illustris modeli, kurā ņemti vērā zvaigžņu dzīves cikli, supernovas un melno caurumu ietekme un galaktiku apvienošanās. Pētnieki modeļa izveidotajā sistēmā atrada vairākas "pundurgalaktikas" ar vienādu zvaigžņu skaitu, lodveida kopu skaitu un tumšās vielas masu.
Kā norāda nosaukums, pundurgalaktikair mazs un sastāv no vairākiem miljardiem zvaigžņu. Turpretim Piena Ceļā, kuru riņķo vairāk nekā 20 zināmas pundurgalaktikas, ir no 200 līdz 400 miljardiem zvaigžņu.
Lai novērtētu, bieži izmanto lodveida kopastumšās vielas saturs galaktikās, īpaši mazajās. Astrofiziķi ir atklājuši, ka rūķu galaktikas ir zaudējušas 90% no savas tumšās vielas, pateicoties pašu gravitācijas spēku "izstumšanai" no to sastāvdaļām.
Kāda ir apakšējā līnija?
Melno caurumu atklāšana bez tumšās vielas nav iespējamanozīmē, ka tā neeksistē. Gluži pretēji, galaktika bez tipiska zvaigžņu sadalījuma pēc ātruma grauj to teoriju pozīcijas, kuras mēģina saistīt novērojumu rezultātus ar kādu universālu efektu, kas nav saistīts ar tumšo vielu.
Tas ir modificētajā Ņūtona dinamikāzvaigznēm vienmēr jāgriežas ap galaktiku centru ar aptuveni tādu pašu ātrumu, un NGC1052-DF2 spēlē pret šo modeli, kas jau ir zaudējis daudzu ekspertu atbalstu.
Atzīt galaktikas esamību bez tumsasmatērijas, mūsdienu astrofizika var labi darboties, savukārt ideja, ka universālās gravitācijas likums darbojas selektīvi dažādās Visuma daļās, šķiet vismaz šaubīga.
Lasīt vairāk
Lielākais aisbergs pasaulē sabruka, fragmenti metās uz ziemeļiem. Vai tas ir bīstami?
Uz Saturna pavadoņa Rhea tika atrastas raķešu degvielas pēdas. No kurienes tas nāk?
Aborts un zinātne: kas notiks ar bērniem, kas dzemdēs