Aukstā tumšā matērija

Subaru teleskops / Japānas Nacionālā astronomijas observatorija

Visumu veido vismaz divu veidu matērijas. Pirmkārt, ir materiāls, ko mēs varam atklāt un ko astronomi sauc par “barionisku” matēriju. To uzskata par 'parastu' vielu, jo tā sastāv no protoniem un neitroniem, kurus var izmērīt. Barionu matērijā ietilpst zvaigznes un galaktikas, kā arī visi tajās esošie objekti.

Visumā ir arī 'sīkumi', ko nevar noteikt, izmantojot parastos novērošanas līdzekļus. Tomēr tas pastāv, jo astronomi var izmērīt tā gravitācijas ietekmi uz barionu vielu. Astronomi šo materiālu sauc par 'tumšo vielu', jo tas ir tumšs. Tas neatstaro un neizstaro gaismu. Šī noslēpumainā matērijas forma rada dažas lielas problēmas, lai izprastu daudzas lietas par Visumu, atgriežoties pašā sākumā, apmēram pirms 13,7 miljardiem gadu.

Tumšās matērijas atklāšana

Pirms vairākiem gadu desmitiem astronomi atklāja, ka Visumā nav pietiekami daudz masas, lai izskaidrotu tādas lietas kā zvaigžņu rotācija galaktikas un zvaigžņu kopu kustības. Masa ietekmē objekta kustību kosmosā neatkarīgi no tā, vai tā ir galaktika, zvaigzne vai planēta. Piemēram, spriežot pēc dažu galaktiku rotācijas veida, šķita, ka kaut kur tur bija vairāk masas. Tas netika atklāts. Tas kaut kā “trūka” no masu inventāra, ko viņi salika, izmantojot zvaigznes un miglājus, lai galaktikai piešķirtu noteiktu masu. Dr Vera Rubin un viņas komanda novēroja galaktikas, kad viņi pirmo reizi pamanīja atšķirību starp paredzamo rotācijas ātrumu (pamatojoties uz šo galaktiku aptuveno masu) un faktiskajiem novērotajiem ātrumiem.

Pētnieki sāka dziļāk izdomāt, kur pazudusi visa trūkstošā masa. Viņi uzskatīja, ka, iespējams, mūsu izpratne par fiziku, t.i. vispārējā relativitāte , bija kļūdains, bet pārāk daudzas citas lietas nesakrita. Tātad viņi nolēma, ka, iespējams, masa joprojām ir, bet vienkārši nav redzama.

Lai gan joprojām ir iespējams, ka mūsu gravitācijas teorijās pietrūkst kaut kā būtiska, fiziķiem otrā iespēja ir bijusi patīkamāka. No šīs atklāsmes radās ideja par tumšo matēriju. Tam ir novērojumu pierādījumi ap galaktikām, un teorijas un modeļi norāda uz tumšās matērijas iesaistīšanos Visuma veidošanās sākumā. Tātad astronomi un kosmologi zina, ka tas ir, bet vēl nav sapratuši, kas tas ir.

Aukstā tumšā viela (CDM)

Tātad, kas varētu būt tumšā matērija? Pagaidām ir tikai teorijas un modeļi. Tos faktiski var iedalīt trīs vispārīgās grupās: karstā tumšā viela (HDM), siltā tumšā viela (WDM) un aukstā tumšā viela (CDM).

No trim CDM jau sen ir bijis vadošais kandidāts tam, kas ir šī visumā trūkstošā masa. Daži pētnieki joprojām atbalsta kombinācijas teoriju, kurā visu trīs tumšās vielas veidu aspekti pastāv kopā, veidojot kopējo trūkstošo masu.

CDM ir sava veida tumšā viela, kas, ja tāda pastāv, pārvietojas lēni, salīdzinot ar gaismas ātrumu. Tiek uzskatīts, ka tas ir bijis Visumā kopš pašiem pirmsākumiem un, ļoti iespējams, ir ietekmējis galaktiku izaugsmi un evolūciju. kā arī pirmo zvaigžņu veidošanās. Astronomi un fiziķi domā, ka tā, visticamāk, ir kāda eksotiska daļiņa, kas vēl nav atklāta. Tam, ļoti iespējams, ir dažas ļoti specifiskas īpašības:

Tam vajadzētu trūkt mijiedarbības ar elektromagnētisko spēku. Tas ir diezgan acīmredzams, jo tumšā viela ir tumša. Tāpēc tas nesadarbojas ar, neatspoguļo un neizstaro nekāda veida enerģiju elektromagnētiskajā spektrā.

Tomēr jebkurai kandidātdaļiņai, kas veido aukstu tumšo vielu, būtu jāņem vērā, ka tai ir jāsadarbojas ar gravitācijas lauku. Lai to pierādītu, astronomi ir pamanījuši, ka tumšās vielas uzkrāšanās galaktiku kopās rada gravitācijas ietekmi uz gaismu no attālākiem objektiem, kas iet garām. Šis tā sauktais 'gravitācijas lēcu efekts' ir novērots daudzkārt.

Aukstās tumšās vielas objektu kandidāts

Lai gan neviena zināma viela neatbilst visiem aukstās tumšās vielas kritērijiem, ir izstrādātas vismaz trīs teorijas, lai izskaidrotu CDM (ja tādas pastāv).

Vāji mijiedarbojošas masīvas daļiņas :Zināms arī kā WIMP , šīs daļiņas pēc definīcijas atbilst visām CDM vajadzībām. Tomēr šādas daļiņas nekad nav atrastas. WIMP ir kļuvuši par visaptverošu terminu visiem aukstās tumšās vielas kandidātiem neatkarīgi no tā, kāpēc tiek uzskatīts, ka daļiņa rodas. Axions :Šīm daļiņām piemīt (vismaz nedaudz) nepieciešamās tumšās vielas īpašības, taču dažādu iemeslu dēļ tās, iespējams, nav atbilde uz jautājumu par aukstu tumšo vielu. VĪRIEŠI :Šis ir akronīms vārdam Masīvi kompakti Halo objekti , kas ir tādi objekti kā melnie caurumi , sens neitronu zvaigznes , brūnie punduri unplanētu objekti. Tie visi ir bezgaismas un masīvi. Bet to lielo izmēru dēļ gan tilpuma, gan masas ziņā tos būtu salīdzinoši viegli noteikt, uzraugot lokalizētu gravitācijas mijiedarbību. Ir problēmas ar MACHO hipotēzi. Piemēram, novērotā galaktiku kustība ir vienāda tādā veidā, ko būtu grūti izskaidrot, ja MACHO piegādātu trūkstošo masu. Turklāt zvaigžņu kopām būtu nepieciešams ļoti vienmērīgs šādu objektu sadalījums to robežās. Tas šķiet ļoti maz ticams. Arī milzīgais MACHO skaits, kam vajadzētu būt diezgan lielam, lai izskaidrotu trūkstošo masu.

Šobrīd tumšās matērijas noslēpumam vēl nav acīmredzama risinājuma. Astronomi turpina izstrādāt eksperimentus, lai meklētu šīs nenotveramās daļiņas. Kad viņi sapratīs, kas viņi ir un kā tie ir izplatīti Visumā, viņi būs atslēguši vēl vienu nodaļu mūsu izpratnē par kosmosu.