tutkimus

Mutta entä jos tumma aine ei ole hiukkasia?

Kaikki, mitä olemme koskaan havainneet maailmankaikkeudessa, alkaenaine ennen säteilyä, voidaan hajottaa pienimpiin komponentteihin. Kaikki tässä maailmassa koostuu atomista, jotka koostuvat nukleoneista ja elektronista, ja nukleonit on jaettu kvarkeihin ja gluoneihin. Valo koostuu myös hiukkasista: fotoneista. Jopa gravitaatioaallot koostuvat teoriassa gravitoneista: hiukkasista, jotka me kerran onnella löydämme ja kiinnitämme. Entä tumma aine? Välillisiä todisteita sen olemassaolosta ei voida kiistää. Mutta pitäisikö sen myös koostua hiukkasista?

Olemme tottuneet uskomaan, että tumma aine koostuu hiukkasista, ja yritämme toivottomasti havaita ne. Mutta entä jos etsimme vääriä asioita?

Jos tumma energia voidaan tulkitaavaruuden kankaalle ominaista energiaa, voiko voi olla, että ”pimeä aine” on myös itsensä avaruuden sisäinen toiminto - läheisesti vai etäyhteydessä pimeään energiaan? Ja mitä tumman aineen sijasta gravitaatiovaikutukset, jotka voivat selittää havainnomme, johtuvat enemmän "tummasta massasta"?

Erityisesti sinulle fyysikko Ethan Siegel asetti teoreettiset lähestymistapamme ja mahdolliset skenaarioimme hyllyille.

Yksi maailmankaikkeuden mielenkiintoisimmista ominaisuuksistaon yksilöllisessä suhteessa maailmankaikkeuden ja sen välillä, kuinka laajentumisnopeus muuttuu ajan myötä. Monien erilaisten lähteiden - tähtijen, galaksien, supernoovien, kosmisen mikroaaltotaustan ja maailmankaikkeuden suuren mittakaavan rakenteiden - monien huolellisten mittausten avulla pystyimme mittaamaan molemmat määrittämällä, mistä universumi koostuu. Periaatteessa on olemassa monia erilaisia ​​ideoita siitä, mistä universumimme voi koostua, ja niillä kaikilla on erilaisia ​​vaikutuksia kosmiseen laajentumiseen.

Tietojen ansiosta tiedämme nyt, että maailmankaikkeus on tehty seuraavista:

  • 68% tummasta energiasta, joka pysyy vakiona energiatiheydessä jopa avaruuden laajentuessa;
  • 27% tummasta aineesta, jolla on painovoima, pestään pois tilavuuden kasvaessa, eikä se salli mitata itseään millään muulla tunnetulla voimalla;
  • 4,9% tavallisesta aineesta, joka käyttää koko lujuutensa, pestään pois tilavuudeltaan kasvaessa, kulkeutuu kokkareiksi ja koostuu hiukkasista;
  • 0,1% neutriinoja, joilla on painovoima jasähköherkät vuorovaikutukset, koostuvat hiukkasista ja kokoontuvat vasta kun ne hidastuvat tarpeeksi käyttäytymään kuin aine, eivät säteily;
  • 0,01% fotoneista, joilla on gravitaatio- ja sähkömagneettisia vaikutuksia, käyttäytyvät säteilyn tavoin ja pestään pois sekä lisääntyneellä tilavuudella että venyttävällä aallonpituudella.

Ajan myötä näistä eri komponenteista tulee suhteellisen enemmän tai vähemmän tärkeitä, ja tämä prosenttiosuus edustaa sitä mitä maailmankaikkeus nykyään koostuu.

Tumma energia, seuraavan parhaimmastamittauksilla, on samat ominaisuudet missä tahansa avaruudessa, kaikissa avaruussuunnissa ja kaikissa kosmisen historiamme jaksoissa. Toisin sanoen, tumma energia on sekä homogeeninen että isotrooppinen: se on kaikkialla ja aina sama. Sikäli kuin voimme arvioida, tumma energia ei tarvitse hiukkasia; se voi helposti olla avaruuden kankaalle ominainen ominaisuus.

Mutta tumma aine on pohjimmiltaan erilainen.

Muodostaaksemme rakenteen, jonka näemmemaailmankaikkeudessa, etenkin laajassa kosmisessa mittakaavassa, pimeän aineen ei tarvitse vain olla olemassa, vaan myös tulla yhteen. Hänellä ei voi olla sama tiheys kaikkialla avaruudessa; sen pitäisi pikemminkin keskittyä alueille, joilla on suuri tiheys, ja sen pitäisi olla pienempi tai ei ollenkaan, alueille, joilla on pieni tiheys. Voimme tosiasiassa todeta, kuinka suuri osa kaikesta asiasta on eri avaruusalueilla havaintojen ohjaamana. Tässä on kolme tärkeintä:

Aineen tehospektri. Kartta-asia universumissa,Katso, missä mittakaavassa se vastaa galakseja - toisin sanoen, kuinka todennäköisesti löydät toisen galaksin tietyltä etäisyydeltä siitä galaksista, jolla aloitat - ja tutkia tulosta. Jos maailmankaikkeus koostuisi homogeenisesta aineesta, rakenne leviäisi. Jos maailmankaikkeudessa olisi pimeää ainetta, joka ei kerää tarpeeksi aikaisin, rakenne tuhoutuisi pienessä mittakaavassa. Energiavoiman spektri kertoo, että noin 85% maailmankaikkeuden aineesta edustaa tummaa ainetta, joka eroaa vakavasti protoneista, neutroneista ja elektroneista, ja tämä tumma aine syntyi kylmänä tai sen kineettinen energia on verrattavissa muuhun massaan.

Painovoimainen linssi. Katsokaa massiivista esinettä. Oletetaan kvasari, galaksi tai galaksiryhmä. Katso, miten kohteen läsnäolo vääristää taustavaloa. Koska ymmärrämme painovoimalait, joita Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria hallitsee, miten valo taipuu, voimme määrittää, kuinka paljon massaa on jokaisessa esineessä. Muiden menetelmien avulla voimme määrittää massamäärän, joka on läsnä tavallisessa aineessa: tähdet, kaasu, pöly, mustat aukot, plasma jne. Ja jälleen havaitsemme, että 85% aineesta edustaa tummaa ainetta. Lisäksi se on jakautunut hajanaisemmin, pilvistä kuin tavallinen aine. Tämän vahvistaa heikko ja voimakas linssi.

Kosminen mikroaaltouuni tausta. Jos katsot jäljellä olevaa hehkuaIson räjähdyksen säteily, huomaat, että se on suunnilleen tasainen: 2725 K kaikkiin suuntiin. Mutta jos tarkastelemme tarkemmin, huomaat, että pieniä vikoja havaitaan kymmenien tai satojen mikrokelvien asteikolla. He kertovat meille useita tärkeitä asioita, kuten tavallisen aineen, tumman aineen ja tumman energian tiheys, mutta mikä tärkeintä, he kertovat meille kuinka homogeeninen maailmankaikkeus oli, kun se oli vain 0,003% nykyisestä ikästään. Vastaus on, että tihein alue oli vain 0,01% tiheämpi kuin vähiten tiheä alue. Toisin sanoen, pimeä aine alkoi homogeenisesta tilasta ja ajan myötä muuttui murtumaiseksi.

Yhdistämällä kaiken tämän päättelemme sentumman aineen tulisi käyttäytyä kuin neste, joka täyttää maailmankaikkeuden. Tällä nesteellä on merkityksetön paine ja viskositeetti, se reagoi säteilypaineeseen, ei törmää fotonien tai tavallisen aineen kanssa, syntyi kylmänä ja ei-suhteellisena, ja se on lyöty yhteen ajan myötä oman painovoimansa vaikutuksesta. Se määrittelee rakenteiden muodostumisen maailmankaikkeudessa suurimmissa asteikoissa. Se on erittäin heterogeeninen, ja sen heterogeenisyyden suuruus kasvaa ajan myötä.

Tässä on mitä voimme sanoa hänestä suuressa mitassamittakaava, koska ne liittyvät havaintoihin. Pienillä mittakaavoilla voimme vain olettaa, ettemme ole täysin varmoja siitä, että tumma aine koostuu hiukkasista, joiden ominaisuudet saavat sen käyttäytymään tällä tavoin suuressa mittakaavassa. Syy oletamme tämän johtuvan siitä, että maailmankaikkeus, sikäli kuin tiedämme, koostuu hiukkasista ytimessä, ja se on kaikki. Jos olet aine, jos sinulla on massa, kvantalogi, sinun täytyy väistämättä koostua hiukkasista tietyllä tasolla. Mutta kunnes löydämme tämän hiukkasen, meillä ei ole oikeutta sulkea pois muita mahdollisuuksia: esimerkiksi, että tämä on eräänlainen nestemäinen kenttä, joka ei koostu hiukkasista, vaan vaikuttaa avaruus-aikaan kuten hiukkasten pitäisi.

Siksi on niin tärkeää kokeilla.tumman aineen suora havaitseminen. Pimeän aineen perustavanlaatuista komponenttia ei voida teoriassa vahvistaa tai kumota, vain käytännössä, havaintojen tuella. Ilmeisesti tumma aine ei ole millään tavoin yhteydessä pimeään energiaan.

Sisältääkö se hiukkasia? Voimme vain arvata, kunnes löydämme heidät. Universumi ilmenee luonteeltaan kvanttina, kun kyse on muusta ainemuodosta, joten on kohtuullista olettaa, että tumma aine on sama.

Facebook -ilmoitus EU: lle! Sinun täytyy kirjautua sisään nähdäksesi ja julkaistaksesi FB -kommentteja!