Kosmosdagi ko'rinmas "qorong'u materiya" galaktikalarni evolyutsiyaga majbur qilmoqda

2024 Muallif: Seth Attwood | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-16 16:19

Qorong'u materiyaning siri qanchalik uzoq davom etsa, uning tabiati haqida ko'proq ekzotik farazlar paydo bo'ladi, shu jumladan oldingi koinotdan ulkan qora tuynuklarning merosi haqidagi eng yangi g'oya.

Biror narsaning mavjudligini bilish uchun uni ko'rish shart emas. Shunday qilib, bir vaqtlar Uran, Neptun va Plutonning harakatiga tortishish ta'siriga ko'ra kashf etilgan va bugungi kunda Quyosh tizimining uzoq chekkasida faraziy X sayyorasini qidirish ishlari olib borilmoqda. Ammo koinotning hamma joyida bunday ta'sirni topsak nima bo'ladi? Masalan, galaktikalarni olaylik. Agar galaktik disk aylansa, yulduzlarning tezligi orbitaning orbitasi bilan kamayishi kerakdek tuyuladi. Bu, masalan, Quyosh tizimi sayyoralari bilan bog'liq: Yer Quyosh atrofida 29,8 km / s tezlikda, Pluton esa 4,7 km / s tezlikda aylanadi. Biroq, 1930-yillarda Andromeda tumanligining kuzatuvlari shuni ko'rsatdiki, uning yulduzlarining aylanish tezligi, ular qanchalik uzoqda bo'lishidan qat'i nazar, deyarli o'zgarmasdir. Bu holat galaktikalar uchun xos bo‘lib, boshqa sabablar qatorida qorong‘u materiya tushunchasining paydo bo‘lishiga olib keldi.

Muammolar karnavali

Biz buni to'g'ridan-to'g'ri ko'rmaymiz, deb ishoniladi: bu sirli modda oddiy zarralar bilan deyarli o'zaro ta'sir qilmaydi, shu jumladan u fotonlarni chiqarmaydi yoki yutmaydi, lekin biz buni boshqa jismlarga tortishish ta'sirida sezishimiz mumkin. Yulduzlar va gaz bulutlarining harakatlarini kuzatish Somon yo'li diskini o'rab turgan qorong'u materiya halosining batafsil xaritalarini tuzishga imkon beradi, bu uning galaktikalar, klasterlar va butun keng ko'lamli evolyutsiyadagi muhim roli haqida gapiradi. koinotning tuzilishi. Biroq, keyingi qiyinchiliklar boshlanadi. Bu sirli qorong'u materiya nima? U nimadan iborat va uning zarralari qanday xususiyatlarga ega?

Ko'p yillar davomida WIMPlar bu rolga asosiy nomzod bo'lib kelgan - gravitatsiyadan tashqari hech qanday o'zaro ta'sirlarda ishtirok eta olmaydigan gipotetik zarralar. Ular oddiy materiya bilan kamdan-kam uchraydigan o‘zaro ta’sirlar mahsuloti orqali ham bilvosita, ham to‘g‘ridan-to‘g‘ri kuchli asboblar, jumladan, Katta adron kollayderi yordamida aniqlashga harakat qilmoqdalar. Afsuski, ikkala holatda ham hech qanday natija yo'q.

Frankfurt universiteti professori Sabine Hossenfelder, "LHC faqat Xiggs bozonini topadigan va boshqa hech narsa yo'q bo'lgan stsenariy biron bir sababga ko'ra" dahshatli stsenariy "deb atalmagan", deydi Sabine Hossenfelder. "Yangi fizikaning hech qanday belgilari topilmagani menga aniq signal bo'lib xizmat qiladi: bu erda nimadir noto'g'ri." Boshqa olimlar ham bu signalni qabul qilishdi. LHC va boshqa asboblar yordamida qorong'u materiya izlarini qidirishning salbiy natijalari nashr etilgandan so'ng, uning tabiati haqidagi muqobil farazlarga qiziqish aniq ortib bormoqda. Va bu echimlarning ba'zilari Braziliya karnavalidan ham ko'proq ekzotik ko'rinadi.

Son-sanoqsiz teshiklar

Agar WIMP mavjud bo'lmasa-chi? Agar qorong'u materiya biz ko'ra olmaydigan materiya bo'lsa, lekin biz uning tortishish ta'sirini ko'rsak, unda ular shunchaki qora tuynuklardir? Nazariy jihatdan, koinot evolyutsiyasining dastlabki bosqichlarida ular juda ko'p miqdorda - o'lik gigant yulduzlardan emas, balki cho'g'lanma fazoni to'ldirgan o'ta zich va issiq materiyaning qulashi natijasida paydo bo'lishi mumkin edi. Bitta muammo: hozirgacha bironta ham ibtidoiy qora tuynuk topilmagan va ular umuman mavjudmi yoki yo'qmi, aniq ma'lum emas. Biroq, koinotda bu rolga mos keladigan boshqa qora tuynuklar etarli.

Voyager 1 uzoq kosmik zondining kuzatuvlari Hoking nurlanishining izlarini aniqlamadi, bu mikroskopik o'lchamdagi dastlabki qora tuynuklarning paydo bo'lishini ko'rsatishi mumkin edi. Biroq, bu kattaroq o'xshash ob'ektlar mavjudligini istisno qilmaydi.2015 yildan beri LIGO interferometri allaqachon 11 ta tortishish to'lqinlarini qayd etgan va ularning 10 tasi massalari o'nlab quyosh massasiga ega bo'lgan juft qora tuynuklarning birlashishi natijasida yuzaga kelgan. Bu o'z-o'zidan juda kutilmagan, chunki bunday jismlar o'ta yangi yulduzlarning portlashlari natijasida hosil bo'ladi va o'lgan yulduz bu jarayonda o'z massasining katta qismini yo'qotadi. Ma'lum bo'lishicha, birlashtirilgan teshiklarning prekursorlari haqiqatan ham siklopik o'lchamdagi yulduzlar bo'lib, ular uzoq vaqt davomida koinotda tug'ilmasligi kerak edi. Yana bir muammo ular tomonidan binar tizimlarning shakllanishi bilan yuzaga keladi. O'ta yangi yulduz portlashi shunchalik kuchli hodisaki, har qanday yaqin ob'ekt uzoqqa tashlanadi. Boshqacha aytganda, LIGO ob'ektlardan tortishish to'lqinlarini aniqladi, ularning ko'rinishi sirligicha qolmoqda.

2018 yil oxirida bunday ob'ektlarga Grinvich fan va texnologiya instituti astrofiziki Nikolay Gorkavi va Nobel mukofoti laureati Jon Metr murojaat qilishgan. Ularning hisob-kitoblari shuni ko'rsatdiki, massalari o'nlab quyosh massasi bo'lgan qora tuynuklar kuzatish uchun deyarli ko'rinmas bo'lib qoladigan va shu bilan birga galaktikalarning tuzilishi va harakatida barcha xarakterli anomaliyalarni keltirib chiqaradigan galaktika halosini qo'shishi mumkin. Ko'rinib turibdiki, galaktikaning uzoq chekkasida kerakli miqdordagi bunday yirik qora tuynuklar qayerdan kelgan? Axir, massiv yulduzlarning aksariyati markazga yaqinroq tug'iladi va o'ladi. Gorkavy va Mather bergan javob deyarli aql bovar qilmaydigan: bu qora tuynuklar "kelmagan", ma'lum ma'noda ular doimo, koinotning boshidanoq mavjud bo'lgan. Bular dunyoning cheksiz kengayishlari va qisqarishlari ketma-ketligidagi oldingi tsiklning qoldiqlari.

Qattiq chiziq yulduzlar va gazning galaktika markazi atrofida aylanayotgan haqiqiy orbital tezligini ko'rsatadi; nuqta - qorong'u materiyaning ta'siri bo'lmaganda kutiladi.

Qayta tug'ilish qoldiqlari

Umuman olganda, Big Bounce kosmologiyadagi yangi model emas, garchi isbotlanmagan bo'lsa ham, kosmos evolyutsiyasining boshqa ko'plab farazlari bilan bir qatorda mavjud. Ehtimol, koinot hayotida kengayish davrlari haqiqatan ham qisqarish, "Katta halokat" - va yangi sakrash-portlash, keyingi avlod dunyosining tug'ilishi bilan almashtiriladi. Biroq, yangi modelda bu tsikllar qora tuynuklar tomonidan amalga oshiriladi, ular ham qorong'u materiya, ham qorong'u energiya - sirli modda yoki koinotimizning tez kengayishiga sabab bo'lgan kuch sifatida ishlaydi.

Taxminlarga ko'ra, qora tuynuklar materiyani yutib, bir-biri bilan qo'shilib, koinotning umumiy massasini tobora ko'proq to'plashi mumkin. Bu uning kengayishining sekinlashishiga, keyin esa qisqarishiga olib kelishi kerak. Boshqa tomondan, qora tuynuklar birlashganda, ularning massasining muhim qismi tortishish to'lqinlarining energiyasi bilan yo'qoladi. Shunday qilib, hosil bo'lgan teshik avvalgi shartlari yig'indisidan engilroq bo'ladi (masalan, LIGO tomonidan qayd etilgan birinchi tortishish to'lqini 36 va 29 quyosh massali qora tuynuklar "faqat" massali teshik hosil bo'lganda paydo bo'lgan. "62 quyosh massasi). Shunday qilib, koinot ham massasini yo'qotishi, qisqarishi va tobora kattaroq qora tuynuklar bilan to'ldirishi mumkin, shu jumladan eng kattalaridan biri - markaziy.

Nihoyat, qora tuynuklarning uzoq ketma-ket qoʻshilishidan soʻng, koinot massasining muhim qismi tortishish toʻlqinlari koʻrinishida “oqib ketganda” u barcha yoʻnalishlarda tarqala boshlaydi. Tashqi tomondan u portlash - Katta portlash kabi ko'rinadi. Klassik Big Rebound rasmidan farqli o'laroq, oldingi dunyoning to'liq yo'q qilinishi bunday modelda sodir bo'lmaydi va yangi Koinot to'g'ridan-to'g'ri ota-onadan ba'zi ob'ektlarni meros qilib oladi. Birinchidan, bularning barchasi bir xil qora tuynuklar bo'lib, unda yana ikkala asosiy rolni - qorong'u materiya va qorong'u energiyani o'ynashga tayyor.

Buyuk onajon

Shunday qilib, bu noodatiy rasmda qorong'u materiya Koinotdan Olamga meros bo'lib qolgan yirik qora tuynuklar bo'lib chiqadi. Ammo biz har bir bunday dunyoda o'lim arafasida paydo bo'lishi va keyingisida davom etishi kerak bo'lgan "markaziy" qora tuynuk haqida unutmasligimiz kerak. Astrofiziklarning hisob-kitoblari shuni ko'rsatdiki, uning bugungi kosmosdagi massasi aql bovar qilmaydigan 6 x 1051 kg, barcha barion moddalar massasining 1/20 qismiga etib borishi va doimiy ravishda ortib borishi mumkin. Uning o'sishi fazo-vaqtning tobora tez kengayishiga olib kelishi va o'zini olamning tezlashib borayotgan kengayishi sifatida namoyon qilishi mumkin.

Albatta, bunday siklop massasining mavjudligi koinotning keng miqyosli tuzilishida sezilarli notekisliklarning paydo bo'lishiga olib kelishi kerak. Bunday heterojenlik uchun nomzod allaqachon mavjud - yovuzlikning astronomik o'qi. Bu koinot anizotropiyasining nisbatan zaif, ammo juda xavotirli belgilari - unda o'zini eng katta miqyosda namoyon qiladigan va Katta portlash va undan keyin sodir bo'lgan barcha narsalar haqidagi klassik qarashlarga hech qanday tarzda mos kelmaydigan tuzilma.

Bu yo‘lda ekzotik gipoteza yana bir astronomik jumboqni – o‘ta massiv qora tuynuklarning kutilmaganda erta paydo bo‘lishi muammosini ham hal qiladi. Bunday ob'ektlar yirik galaktikalar markazlarida joylashgan va noma'lum vositalar bilan koinot mavjudligining dastlabki 1-2 milliard yilida millionlab va hatto milliardlab quyosh massalarida massaga ega bo'lishga muvaffaq bo'lgan. Ular, qoida tariqasida, bunchalik ko'p narsani qaerdan topishlari va undan ham ko'proq vaqtni qachon o'zlashtirishlari mumkinligi noma'lum. Ammo "meroslangan" qora tuynuklar g'oyasi doirasida bu savollar olib tashlanadi, chunki ularning embrionlari bizga o'tmishdagi koinotdan etib kelgan bo'lishi mumkin edi.

Gorkaviyning ekstravagant gipotezasi hali ham gipoteza bo'lib qolayotgani achinarli. Uning to'laqonli nazariyaga aylanishi uchun uning bashoratlari kuzatuv ma'lumotlari bilan mos kelishi kerak - va an'anaviy modellar bilan izohlab bo'lmaydigan narsalar bilan. Albatta, kelajakdagi tadqiqotlar fantastik hisob-kitoblarni haqiqat bilan solishtirishga imkon beradi, ammo bu yaqin kelajakda sodir bo'lmasligi aniq. Shu sababli, qorong'u materiya qaerda yashiringanligi va qorong'u energiya nima ekanligi haqidagi savollar javobsiz qolmoqda.