Teorii exotice ale materiei întunecate. Dacă sunteți fan al tuturor lucrurilor cele mai grozave din univers, acest articol este pentru dvs.
Majoritatea conținutului universului nostru sunt de o formă complet necunoscută fizicii. Acesta este doar un fapt primordial la care va trebui să ne obișnuim. Dacă ești tentat să crezi că este doar un fel decosmologic problemă, o problemă care apare doar pe cele mai mari scări, atunci am vești proaste pentru tine. Una dintre aceste componente misterioase ale cosmosului este - din câte putem spune - o formă a materiei.
Dar nu doar orice formă de materie, altfel am fi văzut-o până acum. Nu, credem că este un fel deîntuneric contează; chestiune care pur și simplu nu interacționează cu lumina. Fără emisii. Fără absorbție. Fără împrăștiere. Nimic. Iar faptul că există materie întunecată nu ar trebui să fieacea surprinzător, nu? La urma urmei, cine a dictat că totul în universtrebuie sa interacționează cu lumina?
Nimeni nu a făcut-o, și așa suntem aici. Dacă te uiți la o galaxie aleatorie, lucrurile care se aprind - stele, nebuloase etc. - reprezintă doar o mică parte din cantitatea totală de masă din galaxia respectivă. Proporția exactă între materia „normală” și materialul întunecat depinde de o mulțime de factori, cum ar fi istoricul formării galaxiei. Dar, în general, cu cât este mai mică galaxia, cu atât mai mult este dominată de materia întunecată.
Cele mai mici galaxii, cunoscute sub numele de galaxii pitice, ar putea oferi un laborator la îndemână pentru studierea materiei întunecate. În aceste galaxii, materia întunecată este liberă de a face ceea ce face materia întunecată fără nici o materie neplăcută care interacționează lumina pentru a complica într-adevăr lucrurile. Dacă materia întunecată face ceva ciudat (bine, mai ciudat decât pur și simplu existent), cum ar fi să interacționeze cu ea însăși prin forța nucleară slabă sau să fie compusă din mai multe tipuri de particule exotice, atunci orice efecte se vor face mai pronunțate într-o galaxie pitică decât ceva de genul calea Lactee.
Acest lucru este excelent și bun, cu excepția micului avertisment care, în timp ce toată această fizică interesantă se întâmplă sub capotă, ne este greu să o vedem. Pentru că este întuneric.
Un lucru din multe lucruri pe care nu le înțelegem despre materia întunecată este modul în care se comportă în miezul galaxiilor. Simulațiile simple ale evoluției galaxiei prezic ceva numit „cusp” - o piuliță dură de o densitate incredibil de mare, așezată în centrul altfel cremos al unei galaxii. Dar observațiile nu dezvăluie acest lucru: ar trebui să existe o mulțime de stele în urma influenței gravitaționale a întregii materii întunecate. Și sigur că sunt o mulțime de stele în centrul unei galaxii, dar nuacea mulți.
Ceva trebuie să netezească materia întunecată centrală. Ar putea fi interacțiuni exotice în însăși materia întunecată. Ar putea fi mai multe cauze mundane, cum ar fi vânturile de supernove care aruncă gazul. Ar putea fi ambele, sau niciuna.
Astronomii sunt foarte, foarte interesați de miezul galaxiilor și, în special, al galaxiilor pitice, deoarece este acolo că pot învăța multe despre materia întunecată. Și în ciuda fizicii lor complicate, dezordonate, mai avem nevoie de stele și gaze pentru a observa, sonda și studia galaxiile pitice, în speranța că putem urmări comportamentul materiei întunecate subiacente. Dar galaxiile pitice sunt departe, întunecate și mici - și miezurile lor chiar mai mult.
Cum am putea să aruncăm o privire în interiorul lor?
Din fericire, galaxiile au cetățeni mai mult decât stelari. De asemenea, au găuri negre. Unii supermasivi uriași din miezul lor și milioane de mai mici care plutesc în interiorul lor. Și faptul că găurile negre uriașe tind să se adune în miezurile galaxiilor gazdă ar putea fi util. Așadar, poate - lucrează cu mine aici - dacă am putea studia cumva comportamentul găurilor negre din galaxiile pitice, am putea avea câteva indicii despre natura materiei întunecate.
Dar găurile negre sunt, de asemenea, negre și greu de văzut. Și mic. Și departe. Din fericire, nu trebuie să vedem găuri negre - le putem auzi.
Atunci când găurile negre se ciocnesc, acestea se cutremură și distorsionează țesătura timpului spațial atât de mult încât provoacă valuri, ca ondulările care se răspândesc dintr-o piatră grea aruncată în apă. Aceste valuri de gravitație se răspândesc în spațiul cu viteza luminii, întinzându-se mereu și stoarcând orice materie intervenitoare pe măsură ce se spală. De fapt, corpul tău este, în timp ce citești acest lucru, fiind remorcat și apăsat ca o bucată de chit din nenumăratele valuri gravitaționale care trec pe Pământ.
Aceste valuri de gravitație sunt nesigur de greu de detectat, motiv pentru care primii oameni care le-au măsurat au obținut câteva premii Nobel pentru efortul lor de zeci de ani de a folosi fascicule de lumină interferențe pentru a capta semnalul subtil.
Dar cele trei observatorii ale noastre gravitaționale de pe suprafața Pământului nu ne pot ajuta cu problema noastră cu gaura neagră-înăuntru-galaxie-galaxie-pentru a studia-materia întunecată. Aceste găuri negre - cunoscute cagăuri negre cu masă intermediară - sunt prea mici pentru a face un semnal detectabil aici, pe Calea Lactee când se contopesc.
Dar un observator de unde gravitaționale în spațiu ar putea. Misiunea LISA propusă (care înseamnă, după cum ați putea ghici, Antena Spațială Interferometru Laser) ar putea avea sensibilitatea potrivită pentru a vedea semnalul contopirii găurilor negre de dimensiuni medii, la fel ca cele găsite în inimile galaxiilor pitice.
Și conform unei noi lucrări acceptate recent de Astrophysical Journal Letters conduse de Tomas Tomfal de la Universitatea din Zurich, diferite modele de materie întunecată (și interacțiunile sale posibile cu tipul normal de iubitor de lumină) pot influența cât de des și cât de repede găurile negre din galaxiile pitice se contopesc, ceea ce este posibil de LISA.
Este o cale giratorie pentru înțelegerea materiei întunecate, dar într-o problemă la fel de infernală, este una promițătoare.
Citește mai mult: „Formarea binarelor cu găuri negre LISA în fuzionarea galaxiilor pitice: amprenta materiei întunecate”
