A sötét anyag széles körű kutatásának új korszakában a vékony lemezeken való koncentráció ellentmondásos elképzelése a tudományos feledésbe merül
Jan Oort holland csillagász 1932-ben számolt csillagokat a Tejútban, és megállapította, hogy hiányoznak. Annak alapján, hogy a csillagok egy körben a galaxis síkjában mozognak fel és le, mint a lovak körhinta, Oort kiszámította, hogy az anyagnak, amely gravitációs hatást gyakorol rájuk és mozgásba helyezi őket, kétszer akkoranak kell lennie, mint látta. … Oort azt állította, hogy a hiányt a rejtett "sötét anyag" fedezi, és javasolta, hogy a lemezbe koncentrálódjanak, ami magyarázza a csillagok mozgását.
Ugyanakkor a sötét anyag felfedezését, mint láthatatlan és meghatározhatatlan anyagot, amely az univerzum tömegének öthatodát teszi ki, általában a svájci-amerikai csillagásznak, Fritz Zwickynek tulajdonítják, aki 1933-ban létezését a galaxisok kölcsönös mozgásaiból származtatta. Oortot nem ismerték jól azon az alapon, hogy rossz úton halad. 2000-re a Tejút új tanulmányainak írói az Oort módszer alkalmazásával megállapították, hogy a „hiányzó” tömeg halvány csillagokban, gázban és porban található, és a sötét korongra nincs szükség. A 80 évvel ezelőtti utalások arra utalnak, hogy a sötét anyag, függetlenül attól, gömb alakú felhőket képez galaxisok körül, úgynevezett "halosz".
Nos, legalábbis ezt mondják a legtöbb sötét anyag vadásza. De bár a sötét lemez koncepciója elvesztette népszerűségét, soha nem hagyták el teljesen. A közelmúltban az ötlet egy nagy rajongót talált Lisa Harda Egyetem fizikaprofesszájának, Lisa Randallnak, aki a korong-elméletet a tudományos feledésbe szorította és a galaktikus jelenet középpontjába helyezte.
Randall és munkatársai, miután 2013-ban javaslatot tettek a modelljükre, azt állították, hogy a sötét lemez magyarázza a galaktikus központból származó gamma-sugarakat, a törpe galaxisok sík eloszlását az Andromeda köd és a Tejút körüli pályán, valamint az időszakos üstökös ütéseket és a tömegpusztítást. fajok a Földön. Erről írta a 2015-ben megjelent, a sötét anyag és a dinoszauruszok népszerű tudományos könyvében.
A Tejút leltárt asztrofizikusok azonban tiltakoztak, azzal érvelve, hogy a galaxis teljes tömege és a csillagok ugrása túl jól illeszkedik, és nem hagy helyet a sötét lemez számára. "Sokkal szűkebb, mint Lisa Randall gondolja" - mondja Jo Torni Torontói Egyetem asztrofizikus.
Randall, aki számos nagy ötlet kidolgozása az alapvető fizika kritikus kérdéseiről visszatért. A múlt héten online közzétett és az Astrophysical Journalban való közzétételre elfogadott cikkben Randall és tanulója, Eric Kramer korong alakú kiskapukot találtak a Tejút elemzésében: „Van egy fontos részlet, amely még mindig megvan még nem figyeltek, írnak. "A lemez helyet teremthet maga számára."
Ha egy sötét korong áthalad a galaxis középsíkján, állítják Randall és Kramer, akkor a gravitáció az anyag többi részét befelé húzza, ami a csillagok, a gáz és a por sűrűségének növekedéséhez vezet a középsíkon. A tudósok a Tejút teljes látszólagos tömegét általában a középsík sűrűsége alapján kifelé extrapolálással számolják. Szűkítő hatás esetén ez az extrapoláció a látszólagos tömeg túlzásához vezet, majd úgy érzi, hogy a tömeg megfelel a csillagok mozgásának. Ezért a korábbi tanulmányok szerzői nem láttak bizonyítékot egy sötét lemezről - mondja Kramer. Randall-nal közösen úgy vélik, hogy lehetséges egy vékony, sötét korong, és bizonyos értelemben előnyösebb a jelenléte, mint a hiánya.
Promóciós videó:
„Lisa munkája újraélesztette ezt az üzletet” - mondja Chris Flynn, a Swinburne Műszaki Egyetem, Melbourne, Ausztrália. Ő, a Johan Holmberggel (Johan Holmberg) együtt a 2000-es évek elején, a Tejút számos "leltárát" készítette, amelyek látszólag teljesen megsemmisítették a sötét lemez létezésének minden lehetőségét.
Bowie nem ért egyet. Még ha figyelembe vesszük is a szűkítő hatást, akkor becslése szerint a sötét anyag teljes mennyiségének legfeljebb 2% -a lehet a sötét korongban, míg az anyag többi része halogót alkot. "Azt hiszem, a legtöbb ember meg akarja találni, hogy mi a sötét anyag 98% -a, nem pedig 2%" - mondja.
Ez a vita, akárcsak a sötét lemez sorsa, hamarosan megoldódhat. Az Európai Űrügynökség Gaia műholdja jelenleg távcsővel végzi egy milliárd csillag helyzetét és sebességét, és a Tejút végleges nyilvántartása jövő nyár végére elkészülhet.
Fiatal galaxis klaszter Abell 2151 a Hercules csillagképben
ESO / INAF-VST / OmegaCAM / A Fujii / digitalizált égbolt felmérés 2
Bármilyen méretű sötét lemez megnyitása rendkívül feltűnő lenne. Ha létezik, akkor a sötét anyag sokkal összetettebb lesz, mint a tudósok régóta hittek. Az anyag csak akkor válik korong alakúvá, ha képes energiát kibocsátani, és elegendő energia kibocsátására a legjobb módszer az atomok kialakítása. A sötét atomok létezése azt jelentené, hogy a sötét protonok és a sötét elektronok, feltöltve, mint a látható protonok és elektronok, kölcsönhatásba lépnek egymással a sötét fotonok által továbbított sötét erőn keresztül. Még ha a sötét anyag 98% -a semleges és halogót alkot, a legvékonyabb sötét korong létezése ismeretlen részecskék "sötét szektorának" jelenlétét jelentené, annyira változatos, mint a látható világegyetem.
„A rendes anyag meglehetősen bonyolult; van olyan anyag, amely szerepet játszik az atomokban, és olyan anyag, amely nem játszik, mondja James Bullock, a kaliforniai egyetemi egyetemi asztrofizikus az Irvine-től. "Ezért nem lenne őrült elképzelni, hogy az anyag többi öthatodik része az univerzumban szintén meglehetősen összetett, és hogy ennek a sötét szektornak van egy része, amely kötött atomok formájában létezik."
A sötét anyag bonyolultságának koncepciója a közelmúltban egyre több támogatót talált, asztrofizikai anomáliák segítségével, amelyek valójában nem felelnek meg a sötét anyag passzív, lassú és "gyengén kölcsönhatásban lévő hatalmas részecskék" gondolatának. Ezek a rendellenességek, valamint az a tény, hogy a világ különböző országaiban végzett részletes kísérletek során soha nem fedeztek fel ilyen nehéz, gyengén kölcsönhatásban lévő részecskéket (WIMP), gyengítették ezt az elméletet, és egy új korszak kezdetét jelölték, amelyben bárki elképzelheti, hogy egy ilyen vadállat számára - sötét anyag.
Ez a korszak valamikor, 2008-ban jött, amikor a PAMELA kísérlet résztvevői az űrből származó pozitronok túlzott részét fedezték fel (az elektronokhoz képest). Ez az aszimmetria váltotta fel az érdeklődést a Kathryn Zurek és munkatársai által jelenleg népszerű "aszimmetrikus sötét anyag" modell iránt. Az akkoriban kevés ötlet volt forgalomban, kivéve a wimps fogalmát. "Voltak olyan modellezők, mint én, akik megértették, hogy a sötét anyag gondolata teljesen fejletlen ebben az irányban" - mondja Tsurek, aki a Nemzeti Laboratóriumban dolgozik. Lawrence Berkeley Kaliforniában. "Tehát teljes egészében belemerültünk ebbe a munkába."
A törpe galaxisok sűrűsége szintén stimuláció volt. Amikor a tudósok megkísérelik szimulálni kialakulásukat, a törpe galaxisok általában túl sűrűn fordulnak a középpontjukban, hacsak a tudósok nem feltételezik, hogy a sötét anyag részecskék kölcsönhatásba léphetnek egymással sötét erők segítségével. De ha túl erős interakciót adunk ide, akkor elpusztítottuk a szerkezet kialakulásának modelleit a korai világegyetemben.
"Megpróbáljuk kitalálni, hogy mi tolerálható" - mondja Bullock, aki ezeket a modelleket is tervezi. A legtöbb modellező lehetővé teszi a gyenge interakciókat, amelyek nem befolyásolják a sötét anyag halo alakját. "De ami figyelemre méltó, létezik egy sötét anyag osztály, amely lehetővé teszi a lemezek kialakulását" - mondja Bullock. Ebben az esetben a sötét anyag részecskéinek csak egy apró része fog kölcsönhatásba lépni, de elég erősen kölcsönhatásba lépnek, hogy eloszlassa az energiát, és korongokat képezzenek.
Randall és kollégái, JiJi Fan, Andrey Katz és Matthew Reece 2013-ban is előterjesztették az ötletet, ahogy Oort. Megpróbálták megmagyarázni a Tejút látszólagos rendellenességét. Az úgynevezett Fermi vonal egy bizonyos frekvenciájú gamma-sugarak felesleges része, amely a galaktikus központból jön. "A szokásos sötét anyag nem pusztulhat el eléggé ahhoz, hogy előállítsák a Fermi sort" - mondja Randall -, és így gondoltuk, mi lenne, ha sokkal sűrűbb? Tehát a sötét lemez második életet kapott. A Fermi vonal eltűnt, mivel további adatok merültek fel, de a lemez ötletét még érdemes feltárni. 2014-ben Randall és Rees azt sugallta, hogy éppen a korong miatt 30-35 millió éves intervallumok vannak a üstökösök és a meteorok növekvő aktivitása között.amelyet egyes tudósok társítanak az időszakos tömegpusztításhoz. Minden alkalommal, amikor a Naprendszer felfelé vagy lefelé halad a Tejút körútján, azzal érvelnek, hogy a lemez gravitációs hatása destabilizálhatja az aszteroidákat és üstökösöket az Oort-felhőben, egy szeméttelepet a naprendszerünk szélén, Hollandiából származó csillagász elnevezéssel. Ezek a tárgyak a Naprendszer belső része felé repülnek, és néhányuk a Földre esik.
De Randall és csapata csak fecsegést és, amint kiderült, helytelen elemzése annak, hogy mennyi hely marad a Tejút teljes tömegében a sötét korong számára, a csillagok mozgása alapján. "Néhány felháborító kijelentést tettek" - mondta Bovey.
Randall, aki társaik körében viszontagságáról ismert (Rees szerint), behozta Kramert az ügybe, hogy válaszoljon a kritikára, és „tisztítsa meg az összes ráncot” az elemzésben, még mielőtt Gaia adatai hozzáférhetővé váltak. Egy új elemzés kimutatta, hogy ha egyszer létezik egy sötét lemez, az nem lehet olyan sűrű, mint ahogy csapata eredetileg hitte. De még mindig volt hely egy vékony, sötét korong számára, a megszorító hatása és a további bizonytalanság miatt, amelyet a csillagok tiszta sodródása okozott a Tejút során.
Chris McKee és a kaliforniai Berkeley-i Egyetem kollégái új problémát azonosítottak, amelyről a The Astrophysical Journal-ban írták. McKee úgy véli, hogy egy vékony, sötét lemez még mindig becsukódhat a Tejút tárolójába. De ez a lemez olyan vékony lehet, hogy egyszerűen összeomlik. Az 1960-as és 1970-es évek kutatásait idézi, McKee és kollégái azt írják, hogy a korongok nem lehetnek sokkal vékonyabbak, mint a Tejút látható gázkorongjai, mivel összeomolnának. "Talán a sötét anyagnak olyan tulajdonságai vannak, amelyek különböznek a közönséges anyag tulajdonságaitól, és megakadályozzák ezt, de nem tudom, mi lehet az" - mondta McKee.
Randallnak még meg kell akadályoznia ezt a legutóbbi támadást, és "bonyolult kérdésnek hívja, amelyet jelenleg vizsgálnak." Egyetértett Bowie véleményével is, miszerint a töltött sötét atomok korongja jelentéktelen, összehasonlítva a sötét anyag 98% -ával. Most megvizsgálja annak a lehetőségét, hogy az összes sötét anyagot egyetlen sötét erővel lehet feltölteni, de mivel a sötét protonok túl sokak a sötét elektronokhoz képest, csak egy apró frakció kötődik az atomokba, és a lemezre kerül. Ebben az esetben a korongnak és a halonak azonos elemekből kell állniuk, "ami sokkal gazdaságosabb". "Gondoltuk, hogy kizárható, de nem működött."
Eddig a sötét lemez él - mindazon szimbólumként, ami az univerzum sötét oldalán ismeretlen. "Úgy gondolom, hogy nagyon, nagyon hasznos ezen a területen, hogy a különböző emberek különböző ötleteket vizsgálnak" - mondja Bullock. "Mivel fogalmunk sincs, mi ez - sötét anyag, és különféle lehetőségekre kell felkészülnünk."