Hva er mørk materie?
Mørk materie i astronomi og kosmologi, så vel som i teoretisk fysikk - form
Begrepet mørk materie introduseres for det teoretiskeforklaringer på det skjulte masseproblemet i effekten av unormal høy rotasjonshastighet i de ytre områdene av galakser og gravitasjonslinser (de involverer materie hvis masse er mye større enn massen av vanlig synlig materie); blant annet er det den mest tilfredsstillende.
Sammensetningen og naturen til mørk materie på det virkeligeøyeblikk ukjent. I rammen av den allment aksepterte kosmologiske modellen anses modellen for kald mørk materie som den mest sannsynlige. De mest sannsynlige kandidatene for rollen som partikler er wimps. Til tross for aktive søk er de ennå ikke funnet eksperimentelt.
Selve begrepet "mørk materie" kan være det førsteble brukt til å estimere massen til stjernene i galaksen basert på fordelingen av deres hastigheter. Til slutt begynte begrepet å bli brukt nettopp i betydningen uobserverbar materie, hvis eksistens bare kan bedømmes ut fra gravitasjonspåvirkningen.
Tredimensjonalt kart over fordelingen av mørk materie, bygget ved hjelp av metoden for svak gravitasjonslinsing i rammen av COSMOS-prosjektet.
Alternative teorier om eksistensen av mørk materie
- Alternative gravitasjonsteorier
Når du prøver å forklare de observerte fenomenene,På grunnlag av hvilke, totalt sett, ble en konklusjon gjort om nødvendigheten av eksistensen av mørk materie, uten å involvere dette konseptet, ble det først uttrykt hensyn til gyldigheten av de allment aksepterte lovene for gravitasjonsinteraksjon på store avstander.
Den mest kjente er den modifiserteNewtonsk dynamikk (MOND) er en teori foreslått på begynnelsen av 1980-tallet av den israelske astrofysikeren Mordechai Milgrom som er en modifikasjon av tyngdeloven som produserer sterkere interaksjoner i enkelte områder av rommet på en måte som forklarer den observerte formen til rotasjonskurvene til galakser. .
I 2004, teoretisk fysiker YaakovBekenstein, også fra Israel, utviklet en relativistisk generalisering av denne hypotesen - tensor-vektor-skalarteorien om gravitasjon, som også forklarer de observerte effektene av gravitasjonslinser.
I tillegg foreslo den kanadiske fysikeren John Moffat i 2007 sin teori om modifisert gravitasjon, også kalt skalar-tensor-vektor-teori om gravitasjon.
Tilhengere av modifisert gravitasjonsteorieranser den nåværende mangelen på positive resultater fra eksperimenter på direkte påvisning av mørk materie som et argument i deres favør.
I mellomtiden, for tiden de fleste forskeregjenkjenner ikke MOND, siden beregninger basert på den indikerer dens inkonsekvens. Problemet med alternative gravitasjonsteorier er at selv om de gir begrunnelse for individuelle effekter som er konsekvenser av eksistensen av mørk materie, tar de likevel ikke hensyn til dem som helhet.
De forklarer ikke den observerte oppførselenkolliderende galaksehoper og er i strid med de kosmologiske argumentene for tilstedeværelsen av store mengder ikke-baryonisk usynlig materie i det tidlige universet.
Abell 2218 Galakseklyngen
- Plasmakosmologi
Denne teorien ble utviklet på 1960-talletav en svensk fysiker ved navn Hannes Alfven (Nobelpristageren 1970 for oppdagelser innen magnetodynamikk) - på den måten brukte han erfaringene fra sine studier av plasma i nærheten av jorden (aurora borealis) og det tidlige arbeidet til Christian Birkeland.
Grunnlaget for teorien er antakelsen om atElektriske krefter er mer betydningsfulle på store avstander (skala av galakser og galaksehoper) enn tyngdekraften. Hvis vi antar at plasma fyller hele universet og har god ledningsevne, kan det lede enorme elektriske strømmer (omtrent 1017–1019 ampere) på skalaer på titalls megaparsek.
Slike strømmer skaper et kraftig galaktisk magnetfelt, som igjen danner strukturen til både galakser og deres klynger (galaktiske tråder eller filamenter).
Tilstedeværelsen av et så kraftig felt forklarer lettdannelsen av galaktiske armer (det er ennå ingen konsensus om årsaken til dannelsen av galaktiske armer), fordelingen av rotasjonshastigheten til galaktiske skiver fra radius, eliminerer behovet for å introdusere en halo av mørk materie.
Men for øyeblikket observerer ikke moderne astrofysikk slike kraftige strømmer på en skala på titalls megaparsek, og heller ikke høye intergalaktiske og intragalaktiske magnetiske felt.
Plasma kosmologi antagelser omDen filamentøse cellestrukturen og homogeniteten til universet i store skalaer (den såkalte Large-Scale Structure of the Universe), laget av Alfvén og Anthony Perrat, ble uventet bekreftet av observasjoner på slutten av 1980- og 1990-tallet, men disse observasjonene er også forklart innenfor rammen av allment aksepterte kosmologiske modeller.
For å forklare den filamentære strukturen til universet iFor tiden brukes teorien om dannelse av filamenter på grunn av gravitasjonsustabilitet (i utgangspunktet er en nesten jevn fordeling av masse konsentrert om kaustik og fører til dannelse av filamenter), på voksende strukturer av mørk materie, langs hvilke strukturen til synlig materie dannes (opprinnelsen til en slik struktur av mørk materie er forklart av kvantesvingninger i inflasjonsprosessen).
For tiden er plasmakosmologi somteorien er upopulær, siden den benekter utviklingen av universet langs Big Bang. På den annen side, hvis vi forlater Big Bang-teorien og anser universets alder for å være mye større enn 13,5 milliarder år, så kan den latente massen i stor grad forklares med slike MACHO-objekter som svarte dverger, som utvikler seg fra hvite dverger som har avkjølt seg i løpet av flere titalls milliarder år ...
- Saker fra andre dimensjoner (parallelle universer)
Noen ekstradimensjonale teorier aksepterer tyngdekraften som en unik type kraft som kan virke på vårt ekstradimensjonale rom.
Denne antagelsen hjelper til med å forklareden relative svakheten ved gravitasjonsinteraksjonen i sammenligning med de tre andre grunnleggende interaksjonene (elektromagnetisk, sterk og svak): tyngdekraften er svakere, siden den kan samhandle med massiv materie i ekstra dimensjoner, trenge inn i en barriere som ikke er tilgjengelig for andre interaksjoner.
Det følger at mørk materie-effekten kanbli logisk forklart av samspillet mellom synlig materie fra våre vanlige dimensjoner med massiv materie fra andre (ekstra, usynlige) dimensjoner gjennom tyngdekraften. Samtidig kan disse dimensjonene og denne materien i dem ikke føle andre typer interaksjoner på noen måte, ikke samhandle med den.
Materie i andre dimensjoner (faktisk iparallelle univers) kan formes til strukturer (galakser, klynger av galakser, filamenter) på en måte som ligner våre målinger eller danne sine egne, eksotiske strukturer, som i våre målinger føles som en gravitasjonshalo rundt synlige galakser.
Resultater av numerisk modellering av utviklingen av universets struktur
- Topologiske romfeil
Mørk materie kan bare være opprinnelig(oppstår på tidspunktet for Big Bang) defekter i rommet og / eller topologien til kvantefelt som kan inneholde energi og derved forårsake gravitasjonskrefter.
Denne antagelsen kan utforskes ogverifisert ved hjelp av et orbitalt nettverk av romsonder (rundt jorden eller i solsystemet) utstyrt med en nøyaktig, kontinuerlig synkronisert (ved hjelp av GPS) atomklokke som vil registrere passasjen av en slik topologisk defekt gjennom dette nettverket.
Effekten vil fremstå som uforklarlig (vanligrelativistiske årsaker) uoverensstemmelse med løpet av disse klokkene, som har en klar begynnelse og med tiden slutten (avhengig av bevegelsesretningen og størrelsen på en slik topologisk mangel).
Galaxy uten mørk materie
Forskere finner galakser uten mørk materie, men det er ingen måte å forklare hvordan de dannet seg.
- NGC1052-DF2
I galaksen NGC1052-DF2 er det minst 400 ganger mindre mørk materie enn det burde være.
Resultater av målinger utført vhaDet 10 meter lange teleskopet til Keck-observatoriet og Hubble-romteleskopet (disse er de beste astronomiske instrumentene som er tilgjengelige i dag) innrømmer også at det ikke er mørk materie i det hele tatt i NGC1052-DF2.
Denne galaksen, bare synlig gjennom store teleskoper,har en total lysstyrke på nivå med 100 millioner stjerner som Solen, og massen er omtrent 200 millioner ganger høyere enn massen til Solen - i henhold til disse parametrene skiller NGC1052-DF2 seg ikke for mye ut fra den generelle serien.
Men det som finnes i hennes tirelativt lyse gjenstander, og på grunn av dette, i en rekke bilder, viser galaksen seg å være et sett med lyspunkter i stedet for en uskarp sky, er allerede et mye mer interessant faktum; det var han som tvang astronomer til å distribuere teleskoper med en tettpakket tidsplan mot NGC1052-DF2.
Ifølge forskerne er disse lyspunkteneer kuleformede stjernehoper, men deres antall og fordeling av lysstyrker er så uvanlig at astronomer til og med nektet å snakke i detalj om disse objektene i denne publikasjonen og lovet å komme tilbake til dette mer detaljert i en annen publikasjon, fortsatt i ferd med å forberedes.
Hvis vi sammenligner NGC1052-DF2 med andregalakser med samme masse, bør den usynlige glorie av mørk materie være fire hundre ganger tyngre enn det astronomer finner, et ekstremt uvanlig resultat.
- NGC 1052-DF4
Forskere beskriver resultater av ytterligereobservasjoner som gjorde det mulig å gjøre mer pålitelige estimater av hastighetsspredning basert på stjernebevegelser. Som et resultat fikk astronomer en verdi på 8,5 kilometer per sekund med merkbart mindre feil (omtrent 30%).
Av disse dataene følger det at den totale massengalaksen er omtrent lik massen av lysstoffet, noe som eliminerer behovet for innføring av mørk materie i dette tilfellet. Forskere oppdaget også i nærheten en lignende galakse NGC 1052-DF4, som også hadde en ekstremt lav spredning av stjernehastigheter - omtrent 4,2 kilometer per sekund, men feilene i dette tilfellet er omtrent 80%.
Ifølge forfatterne er dataene som er oppnådd høyekvaliteter gir overbevisende bevis for eksistensen av ikke bare én eksepsjonell galakse uten mørk materie, men også en ny klasse av lignende objekter.
De minner deg også om at disse resultatene ikke er detpå ingen måte motbevise hypotesen om mørk materie, men tvert imot, bekreft dens nødvendighet: hvis effekten beskrevet av den faktisk ble generert av vanlig materie, kunne en slik situasjon ikke oppstå, og siden en gjenstand uten mørk materie blir funnet , da snakker dette nøyaktig om eksistensen av to separate typer stoffer som ikke er direkte relatert.
Hvordan kan galakser eksistere uten mørk materie?
Galakser som, etter observasjoner,inneholder praktisk talt ingen mørk materie - et stoff som i svakt samspill med omgivende materie, som antas å være ansvarlig for 26,8 % av universets masse - kompliserer astronomenes forståelse av denne substansens natur.
Slike gjenstander oppdaget som et resultat av nyligDisse observasjonene utfordrer den kosmologiske modellen Lambda-CDM som ble vedtatt av astrofysikere, ifølge hvilken alle galakser skulle være omgitt av en massiv glorie av mørk materie.
Mørke materiefrie gjenstander er ikke veldiggodt studert av astronomer. En måte å studere mulige mekanismer for dannelsen av dem er å observere flere av dem på forskjellige utviklingsstadier. Behandling av informasjon om galakser ved hjelp av en datamodell gjør det mulig å spore utviklingen.
For å forstå strukturen til dissegjenstander, har forskere modellert utviklingen ved hjelp av Illustris-modellen, som tar hensyn til livssyklusene til stjerner, innflytelsen fra supernovaer og sorte hull, og sammensmelting av galakser. Forskerne fant i systemet som ble opprettet av modellen, flere "dverggalakser" med samme antall stjerner, antall kulehoper og massen av mørk materie.
Som navnet antyder, en dverggalakseer liten og består av flere milliarder stjerner. Derimot har Melkeveien, som går i bane rundt mer enn 20 kjente dverggalakser, mellom 200 og 400 milliarder stjerner.
Kuleklynger brukes ofte til å vurdereinnhold av mørk materie i galakser, spesielt i små. Astrofysikere har funnet ut at dverggalakser har mistet 90% av deres mørke materie som et resultat av å "presse ut" sitt bestanddel av sine egne gravitasjonskrefter.
Hva er bunnlinjen?
Oppdagelsen av sorte hull uten mørk materie er ikke muligbetyr at den ikke eksisterer. Tvert imot, en galakse uten en typisk fordeling av stjerner etter hastighet undergraver posisjonene til teorier som prøver å tilskrive observasjonsresultatene en eller annen universell effekt som ikke er relatert til mørk materie.
Det er i modifisert newtonsk dynamikkStjerner skal alltid rotere rundt sentrum av galakser med omtrent samme hastighet, og NGC1052-DF2 spiller mot denne modellen, som allerede har mistet støtten fra mange eksperter.
Å innrømme eksistensen av en galakse uten mørkeav materie, moderne astrofysikk kan godt, mens ideen om at loven om universell gravitasjon fungerer selektivt i forskjellige deler av universet, er i det minste tvilsom.
Les mer
Det største isfjellet i verden kollapset, fragmenter stormet nordover. Er det farlig?
Spor av rakettdrivstoff ble funnet på Saturns måne Rhea. Hvor kommer det fra?
Abort og vitenskap: hva vil skje med barna som skal føde