Տիեզերքում անտեսանելի «մութ նյութը» ստիպում է գալակտիկաներին զարգանալ

2024 Հեղինակ: Seth Attwood | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-16 16:07

Որքան երկար մութ մատերիայի առեղծվածը մնում է չբացահայտված, այնքան ավելի էկզոտիկ վարկածներ են ի հայտ գալիս դրա էության մասին, ներառյալ նախորդ Տիեզերքից հսկա սև խոռոչների ժառանգության նորագույն գաղափարը:

Որպեսզի իմանաս, որ ինչ-որ բան գոյություն ունի, պետք չէ դա տեսնել։ Այսպիսով, ժամանակին, համաձայն Ուրանի շարժման վրա գրավիտացիոն ազդեցության, հայտնաբերվեցին Նեպտունը և Պլուտոնը, իսկ այսօր որոնումներ են իրականացվում Արեգակնային համակարգի հեռավոր ծայրամասում գտնվող հիպոթետիկ X մոլորակի համար: Բայց ի՞նչ, եթե մենք նման ազդեցություն գտնենք ամենուր Տիեզերքում: Օրինակ վերցրեք գալակտիկաները: Թվում է, որ եթե գալակտիկական սկավառակը պտտվում է, ապա աստղերի արագությունը պետք է նվազի ուղեծրի աճով: Այդպես է, օրինակ, Արեգակնային համակարգի մոլորակների դեպքում՝ Երկիրը Արեգակի շուրջը պտտվում է 29,8 կմ/վ, իսկ Պլուտոնը՝ 4,7 կմ/վ: Այնուամենայնիվ, արդեն 1930-ականներին Անդրոմեդայի միգամածության դիտարկումները ցույց տվեցին, որ նրա աստղերի պտտման արագությունը մնում է գրեթե անփոփոխ՝ անկախ նրանից, թե որքան հեռու են նրանք ծայրամասում։ Այս իրավիճակը բնորոշ է գալակտիկաներին, և ի թիվս այլ պատճառների, այն հանգեցրեց մութ մատերիայի հայեցակարգի առաջացմանը։

Խնդիրների կառնավալ

Ենթադրվում է, որ մենք դա ուղղակիորեն չենք տեսնում. այս առեղծվածային նյութը գործնականում չի փոխազդում սովորական մասնիկների հետ, ներառյալ այն չի արտանետում կամ կլանում ֆոտոններ, բայց մենք կարող ենք դա նկատել այլ մարմինների վրա գրավիտացիոն ազդեցությամբ: Աստղերի և գազային ամպերի շարժումների դիտարկումները հնարավորություն են տալիս կազմել Ծիր Կաթինի սկավառակը շրջապատող մութ նյութի լուսապսակի մանրամասն քարտեզները՝ խոսելով գալակտիկաների, կլաստերների և ամբողջ լայնածավալ էվոլյուցիայի մեջ նրա կարևոր դերի մասին։ Տիեզերքի կառուցվածքը. Այնուամենայնիվ, սկսվում են հետագա դժվարությունները: Ի՞նչ է այս խորհրդավոր մութ նյութը: Ինչից է այն բաղկացած և ի՞նչ հատկություններ ունեն նրա մասնիկները։

Երկար տարիներ WIMP-ները եղել են այս դերի հիմնական թեկնածուները՝ հիպոթետիկ մասնիկներ, որոնք ի վիճակի չեն մասնակցել որևէ այլ փոխազդեցության, բացի գրավիտացիայից: Նրանք փորձում են հայտնաբերել դրանք ինչպես անուղղակիորեն՝ սովորական նյութի հետ հազվադեպ փոխազդեցության արդյունքում, այնպես էլ ուղղակիորեն՝ օգտագործելով հզոր գործիքներ, այդ թվում՝ Մեծ հադրոնային կոլայդեր: Ավաղ, երկու դեպքում էլ արդյունք չկա։

«Սցենարը, որտեղ LHC-ն գտնում է միայն Հիգսի բոզոնը և ուրիշ ոչինչ, ինչ-որ պատճառով անվանվել է «մղձավանջային սցենար», - ասում է Ֆրանկֆուրտի համալսարանի պրոֆեսոր Սաբինա Հոսենֆելդերը: «Այն փաստը, որ նոր ֆիզիկայի նշաններ չեն հայտնաբերվել, ինձ որպես միանշանակ ազդանշան է ծառայում. այստեղ ինչ-որ բան այն չէ»: Այլ գիտնականներ նույնպես վերցրել են այս ազդանշանը: LHC-ի և այլ գործիքների օգտագործմամբ մութ նյութի հետքերի որոնման բացասական արդյունքների հրապարակումից հետո ակնհայտորեն աճում է հետաքրքրությունը դրա էության վերաբերյալ այլընտրանքային վարկածների նկատմամբ: Եվ այս լուծումներից մի քանիսը նույնիսկ ավելի էկզոտիկ տեսք ունեն, քան բրազիլական կառնավալը:

Բազմաթիվ անցքեր

Իսկ եթե WIMP-ները գոյություն չունենան: Եթե մութ նյութը մատերիա է, որը մենք չենք կարող տեսնել, բայց մենք տեսնում ենք նրա ձգողականության հետևանքները, ապա միգուցե դրանք պարզապես սև խոռոչներ են: Տեսականորեն, Տիեզերքի էվոլյուցիայի ամենավաղ փուլերում նրանք կարող էին գոյանալ հսկայական քանակությամբ՝ ոչ թե մեռած հսկա աստղերից, այլ գերխիտ և տաք նյութի փլուզման արդյունքում, որը լցրեց շիկացած տարածությունը: Մի խնդիր. մինչ այժմ ոչ մի նախնադարյան սև անցք չի հայտնաբերվել, և հստակ հայտնի չէ, թե արդյոք դրանք երբևէ գոյություն են ունեցել: Այնուամենայնիվ, Տիեզերքում կան բավականաչափ այլ սև անցքեր, որոնք հարմար են այս դերի համար:

Հեռավոր տիեզերական Voyager 1-ի դիտարկումները Հոքինգի ճառագայթման հետքեր չեն հայտնաբերել, ինչը կարող է ցույց տալ մանրադիտակային չափերի նախնադարյան սև խոռոչների տեսքը: Սակայն դա չի բացառում ավելի մեծ նմանատիպ օբյեկտների առկայությունը։2015 թվականից ի վեր LIGO ինտերֆերոմետրն արդեն գրանցել է 11 գրավիտացիոն ալիք, որոնցից 10-ը առաջացել են տասնյակ արեգակնային զանգվածների զանգվածներով սև խոռոչների զույգերի միաձուլման արդյունքում։ Սա ինքնին չափազանց անսպասելի է, քանի որ նման օբյեկտները ձևավորվում են գերնոր աստղերի պայթյունների արդյունքում, և մահացած աստղն այդ ընթացքում կորցնում է իր զանգվածի մեծ մասը: Պարզվում է, որ միաձուլված անցքերի նախադրյալները եղել են իսկապես կիկլոպյան չափերի աստղեր, որոնք երկար ժամանակ չպետք է ծնվեին Տիեզերքում։ Մեկ այլ խնդիր է ստեղծում նրանց կողմից երկուական համակարգերի ձևավորումը։ Գերնոր աստղի պայթյունն այնքան հզոր իրադարձություն է, որ մոտիկ ցանկացած առարկա կնետվի հեռու: Այլ կերպ ասած, LIGO-ն հայտնաբերել է գրավիտացիոն ալիքներ առարկաներից, որոնց տեսքը մնում է առեղծված։

2018 թվականի վերջին նման օբյեկտներին մոտեցան Գրինվիչի գիտության և տեխնոլոգիաների ինստիտուտի աստղաֆիզիկոս Նիկոլայ Գորկավին և Նոբելյան մրցանակակիր Ջոն Մեյթերը։ Նրանց հաշվարկները ցույց են տվել, որ տասնյակ արեգակնային զանգված ունեցող սև խոռոչները կարող են գալակտիկական հալո ստեղծել, որը գործնականում անտեսանելի կմնա դիտարկման համար և, միևնույն ժամանակ, ստեղծել գալակտիկաների կառուցվածքի և շարժման բոլոր բնորոշ անոմալիաները: Թվում է, թե որտեղի՞ց է գալակտիկայի հեռավոր ծայրամասում այդքան մեծ սև խոռոչների անհրաժեշտ քանակությունը: Ի վերջո, զանգվածային աստղերի ճնշող մեծամասնությունը ծնվում և մահանում է կենտրոնին ավելի մոտ: Պատասխանը, որ տալիս են Գորկավին և Մաթերը, գրեթե անհավանական է. այս սև խոռոչները «չեն եկել», ինչ-որ առումով դրանք միշտ եղել են՝ Տիեզերքի հենց սկզբից: Սրանք նախորդ շրջանի մնացորդներն են աշխարհի ընդարձակումների և կծկումների անվերջանալի հաջորդականության մեջ:

Հաստ գիծը ցույց է տալիս աստղերի և գազերի իրական ուղեծրային արագությունը, որոնք պտտվում են գալակտիկայի կենտրոնի շուրջը. կետավոր - սպասվում է մութ նյութի ազդեցության բացակայության դեպքում:

Վերածննդի մասունքներ

Ընդհանրապես, Big Bounce-ը տիեզերագիտության մեջ նոր մոդել չէ, թեկուզ չապացուցված, որը համարժեք է տիեզերքի էվոլյուցիայի բազմաթիվ այլ վարկածներին: Հնարավոր է, որ տիեզերքի կյանքում ընդարձակման ժամանակաշրջանները իսկապես փոխարինվեն կծկումով, «Մեծ փլուզմամբ» և նոր ցատկում-պայթյունով, հաջորդ սերնդի աշխարհի ծնունդով: Այնուամենայնիվ, նոր մոդելում այս ցիկլերը վարում են սև խոռոչները, որոնք գործում են և՛ որպես մութ նյութ, և՛ մութ էներգիա՝ խորհրդավոր նյութ կամ ուժ, որն առաջացնում է մեր Տիեզերքի արագացված ընդլայնումը:

Ենթադրվում է, որ կլանելով նյութը և միաձուլվելով միմյանց հետ՝ սև խոռոչները կարող են ավելի ու ավելի շատ կուտակել Տիեզերքի ընդհանուր զանգվածից։ Սա պետք է հանգեցնի դրա ընդլայնման դանդաղեցմանը, իսկ հետո կծկման: Մյուս կողմից, երբ սև խոռոչները միաձուլվում են, նրանց զանգվածի զգալի մասը կորչում է գրավիտացիոն ալիքների էներգիայի հետ: Հետևաբար, ստացված անցքը ավելի թեթև կլինի, քան իր նախկին տերմինների գումարը (օրինակ, LIGO-ի կողմից գրանցված առաջին գրավիտացիոն ալիքը ծնվել է այն ժամանակ, երբ 36 և 29 արեգակնային զանգվածի սև անցքերը միաձուլվում են միայն «միայն» զանգվածով անցքի ձևավորման հետ։ «62 արեգակնային զանգված): Այսպիսով, Տիեզերքը կարող է նաև կորցնել զանգվածը՝ կծկվելով և լցվելով ավելի մեծ սև անցքերով, ներառյալ ամենամեծերից մեկը՝ կենտրոնականը:

Վերջապես, սև խոռոչների միաձուլումների երկար շարքից հետո, երբ Տիեզերքի զանգվածի մի զգալի մասը «արտահոսում» է գրավիտացիոն ալիքների տեսքով, այն կսկսի ցրվել բոլոր ուղղություններով։ Արտաքինից այն նման կլինի պայթյունի՝ Մեծ պայթյունի: Ի տարբերություն դասական Big Rebound պատկերի, նախորդ աշխարհի լիակատար ոչնչացումը նման մոդելում տեղի չի ունենում, և նոր Տիեզերքը ուղղակիորեն ժառանգում է որոշ առարկաներ ծնողից: Նախ, սրանք բոլորը նույն սև խոռոչներն են, որոնք պատրաստ են կրկին խաղալ դրա երկու հիմնական դերերը՝ և՛ մութ նյութը, և՛ մութ էներգիան:

Հոյակապ նախամայր

Այսպիսով, այս անսովոր պատկերում մութ մատերիան, պարզվում է, մեծ սև խոռոչներ են, որոնք Տիեզերքից Տիեզերք են ժառանգված։ Բայց մենք չպետք է մոռանանք «կենտրոնական» սև խոռոչի մասին, որը պետք է ձևավորվի յուրաքանչյուր այդպիսի աշխարհում իր մահվան նախօրեին և պահպանվի հաջորդում:Աստղաֆիզիկոսների հաշվարկները ցույց են տվել, որ մեր այսօրվա տարածության մեջ նրա զանգվածը կարող է հասնել անհավատալի 6 x 1051 կգ-ի՝ ողջ բարիոնային նյութի զանգվածի 1/20-ին և անընդհատ աճել: Նրա աճը կարող է հանգեցնել տարածության ժամանակի ավելի արագ ընդլայնման և դրսևորվել որպես Տիեզերքի արագացող ընդլայնում:

Իհարկե, նման կիկլոպյան զանգվածի առկայությունը պետք է հանգեցնի Տիեզերքի լայնածավալ կառուցվածքում նկատելի անհամասեռությունների ի հայտ գալուն։ Նման տարասեռության թեկնածուն արդեն կա՝ չարիքի աստղագիտական առանցքը։ Սրանք Տիեզերքի անիզոտրոպիայի համեմատաբար թույլ, բայց շատ տագնապալի նշաններ են. կառուցվածքը, որը դրսևորվում է դրանում ամենամեծ մասշտաբներով և ոչ մի կերպ համաձայն չէ Մեծ պայթյունի և դրանից հետո տեղի ունեցած դասական տեսակետների հետ:

Ճանապարհին էկզոտիկ վարկածը լուծում է նաև մեկ այլ աստղագիտական հանելուկ՝ գերզանգվածային սև խոռոչների անսպասելի վաղ ի հայտ գալու խնդիրը: Նման օբյեկտները գտնվում են մեծ գալակտիկաների կենտրոններում և անհայտ միջոցներով կարողացել են զանգված ստանալ միլիոնավոր և նույնիսկ միլիարդավոր արեգակնային զանգվածներով Տիեզերքի գոյության առաջին 1-2 միլիարդ տարում: Անհասկանալի է, թե սկզբունքորեն որտեղից կարող էին գտնել այդքան նյութ, և առավել եւս, երբ կարող էին ժամանակ ունենալ այն կլանելու համար: Բայց «ժառանգված» սև խոռոչների գաղափարի շրջանակներում այս հարցերը հանվում են, քանի որ դրանց սաղմերը կարող էին մեզ հասնել անցյալ Տիեզերքից։

Ափսոս, որ Գորկավիի շռայլ վարկածը դեռ ընդամենը վարկած է։ Որպեսզի այն դառնա լիարժեք տեսություն, անհրաժեշտ է, որ դրա կանխատեսումները համընկնեն դիտողական տվյալների հետ, և այնպիսին, որը չի կարող բացատրվել ավանդական մոդելներով: Իհարկե, ապագա հետազոտությունները հնարավորություն կտան համեմատել ֆանտաստիկ հաշվարկները իրականության հետ, բայց դա ակնհայտորեն չի լինի մոտ ապագայում։ Հետևաբար, թեև այն հարցերը, թե որտեղ է թաքնված մութ նյութը և ինչ է մութ էներգիան, մնում են անպատասխան: