Din ce este făcută materia întunecată? Este una dintre cele mai perplex întrebări ale astronomiei moderne. Știm că materia întunecată este acolo, deoarece putem vedea influența sa gravitațională evidentă asupra tuturor lucrurilor, de la galaxii la evoluția întregului univers, dar nu știm ce este este. Cea mai bună presupunere a noastră este că este un fel de particule noi ciudate, care nu dorește să vorbească cu materie normală foarte des (altfel am fi văzut-o până acum). O posibilitate este că este un fel de particule exotice ipotetice cunoscute sub numele de axion, iar o echipă de astronomi nu utilizează nimeni altul decât găuri negre pentru a încerca să dea o privire în acest ciudat nou ciudat cosmic.
Agenda Axion
Voi fi sincer cu tine, nu știm dacă există acțiuni. Au fost inventate pentru a explica un conundru în fizica energiei mari. Există un anumit tip de simetrie în natură, în cazul în care dacă luați o interacțiune aleatorie care implică o mulțime de particule subatomice și schimbați sarcinile electrice ale tuturor pentru semnul opus și, de asemenea, executați procesul în oglindă, veți obține același rezultat. Aceasta este cunoscută sub numele de simetrie de sarcină și paritate, sau simetrie CP pentru scurt.
Această simetrie este valabilă peste tot în natură, cu excepția cazului în care nu se întâmplă, ca în cazul forței nucleare slabe, care este în măsură să încalce această simetrie ori de câte ori simte.
Conundrul este că, prin toate drepturile, forța nucleară puternică ar trebui să încalce și acest lucru. Există termeni în matematică care, în mod evident, sparg simetria CP, și totuși nu vedem semne de simetrie care se rup cu forța nucleară puternică în niciunul dintre experimentele noastre. Deci, trebuie să se întâmple ceva pentru a restabili această simetrie atunci când ar trebui să fie ruptă.
Răspunsul - sau cel puțin un răspuns potențial - este un nou tip de particule numit axion. Axionul restabilește un anumit echilibru în forță (da, sunt conștient de referința Star Wars aici), astfel încât simetria CP să fie păstrată și fiecare să își poată duce viața de zi cu zi. Desigur, experimentele de până acum nu au dezvăluit în mod direct existența axionului și există o serie de mase și proprietăți posibile pe care le-ar putea avea axiunea.
În această gamă de mase și proprietăți admisibile posibile ale axionului, apare ceva remarcabil. Dacă vrem să umplem universul cu materie întunecată, materia respectivă trebuie să aibă anumite proprietăți. Nu poate interacționa cu materia normală foarte des și nici nu poate interacționa cu ea însăși foarte des. De asemenea, trebuie să existe multe, și trebuie să fie foarte stabile și de lungă durată. Se dovedește că o parte din gama de posibile proprietăți ale axiei permit acelei particule ipotetice să fie un candidat pentru materia întunecată.
Axiile întunecate
Dacă lăsăm axiunea să fie materia întunecată, poate explica în general toate observațiile obișnuite ale materiei întunecate. Poate explica curbele de rotație din interiorul galaxiilor. Poate explica mișcările galaxiilor din cadrul grupurilor de galaxii. Poate fi fabricat în abundență suficientă în Universul timpuriu pentru a se potrivi observațiilor fundalului microundelor cosmice. Si asa mai departe.
Mai mult, axiunile din miezul galaxiilor se pot grupa suficient de strâns pentru a forma o singură bilă masivă, care la început arăta foarte mult ca o gaură neagră supermasivă. Ar fi mic, nu ar interacționa cu lumina și ar fi incredibil de masiv. Deși observații recente de la Telescopul Orizontului Evenimentului ne-au oferit o imagine literală a unei găuri negre uriașe într-o altă galaxie, nu înseamnă în mod necesar că excludem că aceste nuclee axiale încă se ascund în adâncurile galaxiilor din Univers. Și cu aceste posibile nuclee de axie am putea fi capabili să obținem un control asupra proprietăților lor.
Găurile negre sunt cheia
În afară de Telescopul orizontului de evenimente, nu avem observații directe ale găurilor negre supermasive. Putem vedea doar materialul care se învârte și se învârte în jurul lor. Și din proprietățile materialului respectiv putem estima dimensiunea și masa găurilor negre. Cu aceste tehnici, de-a lungul deceniilor, am descoperit o relație foarte ciudată: galaxii mai masive găzduiesc mai multe găuri negre în centrele lor. Această relație este de fapt relativ strânsă și ne spune că găurile negre au evoluat cumva cu galaxiile gazdă.
Dar așa cum am spus, nu putem observa direct găurile negre. Deci s-ar putea să nu fie deloc găuri negre. Ele ar putea fi nuclee de axie care se ascund în centrele acestor galaxii. Dacă acesta este cazul, nu este aceea că găurile negre au co-evoluat cu galaxiile gazdă, ci că miezurile de axiune au evoluat co-galaxii gazdă. Cu cât galaxia este mai mare, cu atât mai multă materie întunecată poate fi găzduită și cu atât este mai mare miezul axionic din centru.
Aceasta înseamnă că putem folosi relația dintre obiectul central întunecat (indiferent că este gaura neagră sau miezul de axiune) și galaxia în sine pentru a restrânge proprietățile axiilor. Acest lucru funcționează deoarece, dacă începeți să jucați cu masa particulelor de axie, atunci acest lucru afectează cât de ușor puteți aglomera pentru a forma un miez, ceea ce va schimba relația cu galaxia gazdă.
O echipă de astronomi a angajat recent relația dintre găurile negre și galaxiile pentru a face exact acest lucru și au reușit să plaseze unele limite superioare masei de particule axiale, ceea ce va ajuta la ghidarea experimentelor viitoare și a căutărilor directe. Axionul este responsabil pentru materia întunecată din univers? Sperăm că într-o zi putem arunca o lumină asupra situației.
Citiți mai multe: „Nucleul axiei - masa halo și relația de masă gaură neagră - halo: constrângeri pe câteva scări parsec„
