Pinipilit ng hindi nakikitang "madilim na bagay" sa kalawakan ang mga kalawakan na mag-evolve

2024 May -akda: Seth Attwood | [email protected]. Huling binago: 2023-12-16 16:18

Ang mas mahaba ang misteryo ng madilim na bagay ay nananatiling hindi nalutas, ang mas kakaibang mga hypotheses tungkol sa kalikasan nito ay lilitaw, kabilang ang pinakabagong ideya ng pamana ng mga higanteng black hole mula sa nakaraang Uniberso.

Upang malaman na mayroong isang bagay, hindi kinakailangan na makita ito. Kaya minsan, ayon sa impluwensya ng gravitational sa paggalaw ng Uranus, natuklasan ang Neptune at Pluto, at ngayon ay isinasagawa ang paghahanap para sa isang hypothetical na Planet X sa malayong labas ng solar system. Ngunit paano kung makakita tayo ng gayong impluwensya saanman sa Uniberso? Kunin ang mga kalawakan, halimbawa. Tila na kung ang galactic disk ay umiikot, kung gayon ang bilis ng mga bituin ay dapat bumaba sa pagtaas ng orbit. Ito, halimbawa, ay ang kaso sa mga planeta ng solar system: ang Earth ay nagmamadali sa paligid ng Araw sa 29.8 km / s, at Pluto - sa 4.7 km / s. Gayunpaman, noong 1930s, ipinakita ng mga obserbasyon ng Andromeda nebula na ang bilis ng pag-ikot ng mga bituin nito ay nananatiling halos pare-pareho, gaano man sila kalayo sa periphery. Ang sitwasyong ito ay tipikal para sa mga kalawakan, at bukod sa iba pang mga kadahilanan, ito ay humantong sa paglitaw ng konsepto ng madilim na bagay.

Carnival ng mga problema

Ito ay pinaniniwalaan na hindi natin ito nakikita nang direkta: ang mahiwagang sangkap na ito ay halos hindi nakikipag-ugnayan sa mga ordinaryong particle, kabilang ang hindi ito naglalabas o sumisipsip ng mga photon, ngunit mapapansin natin ito sa pamamagitan ng epekto ng gravitational sa ibang mga katawan. Ang mga obserbasyon sa mga galaw ng mga bituin at mga ulap ng gas ay ginagawang posible na mag-compile ng mga detalyadong mapa ng dark matter halo na nakapalibot sa disk ng Milky Way, na pinag-uusapan ang mahalagang papel na ginagampanan nito sa ebolusyon ng mga kalawakan, kumpol at buong malakihang sukat. istraktura ng Uniberso. Gayunpaman, magsisimula ang karagdagang mga paghihirap. Ano ang mahiwagang madilim na bagay na ito? Ano ang binubuo nito at anong mga katangian mayroon ang mga particle nito?

Sa loob ng maraming taon, ang mga WIMP ang naging pangunahing kandidato para sa tungkuling ito - mga hypothetical na particle na hindi maaaring lumahok sa anumang pakikipag-ugnayan maliban sa gravitational. Sinusubukan nilang tuklasin ang mga ito nang hindi direkta, sa pamamagitan ng mga produkto ng mga bihirang pakikipag-ugnayan sa ordinaryong bagay, at direkta, gamit ang makapangyarihang mga instrumento, kabilang ang Large Hadron Collider. Sa kasamaang palad, sa parehong mga kaso, walang mga resulta.

"Ang sitwasyon kung saan ang LHC ay nakahanap lamang ng Higgs boson at wala nang iba pa ang tinatawag na 'bangungot na senaryo' para sa isang dahilan," sabi ni Sabine Hossenfelder, isang propesor sa Unibersidad ng Frankfurt. "Ang katotohanan na walang nakitang mga palatandaan ng bagong pisika ay nagsisilbi sa akin bilang isang hindi malabo na senyales: may mali dito." Kinuha din ng ibang mga siyentipiko ang signal na ito. Matapos ang paglalathala ng mga negatibong resulta ng mga paghahanap para sa mga bakas ng madilim na bagay gamit ang LHC at iba pang mga instrumento, ang interes sa mga alternatibong hypotheses tungkol sa kalikasan nito ay malinaw na lumalaki. At ang ilan sa mga solusyong ito ay mukhang mas kakaiba kaysa sa Brazilian carnival.

Napakaraming butas

Paano kung walang mga WIMP? Kung ang madilim na bagay ay bagay na hindi natin nakikita, ngunit nakikita natin ang mga epekto ng grabidad nito, kung gayon marahil ito ay mga black hole lamang? Sa teorya, sa pinakamaagang yugto ng ebolusyon ng Uniberso, maaari silang nabuo sa napakalaking bilang - hindi mula sa mga patay na higanteng bituin, ngunit bilang isang resulta ng pagbagsak ng superdense at mainit na bagay na pumuno sa maliwanag na maliwanag na espasyo. Isang problema: sa ngayon ay wala pang nakitang primordial black hole, at hindi tiyak kung umiral ang mga ito. Gayunpaman, mayroong sapat na iba pang mga black hole sa Uniberso na angkop para sa papel na ito.

Ang mga obserbasyon ng malayong space probe na Voyager 1 ay hindi nagsiwalat ng anumang bakas ng Hawking radiation, na maaaring magpahiwatig ng hitsura ng primordial black hole na may mikroskopikong laki. Gayunpaman, hindi nito ibinubukod ang pagkakaroon ng mas malalaking katulad na mga bagay. Mula noong 2015, ang LIGO interferometer ay nakapagrehistro na ng 11 gravitational waves, at 10 sa mga ito ay sanhi ng mga pagsasanib ng mga pares ng black hole na may masa ng sampu-sampung solar mass. Ito mismo ay labis na hindi inaasahan, dahil ang mga naturang bagay ay nabuo bilang isang resulta ng mga pagsabog ng supernova, at ang namatay na bituin ay nawawala ang karamihan sa masa nito sa proseso. Lumalabas na ang mga precursors ng pinagsamang mga butas ay mga bituin ng talagang cyclopean size, na hindi dapat isinilang sa Uniberso sa loob ng mahabang panahon. Ang isa pang problema ay nilikha sa pamamagitan ng pagbuo ng mga binary system ng mga ito. Ang pagsabog ng supernova ay isang kaganapang napakalakas na anumang malapit na bagay ay itatapon sa malayo. Sa madaling salita, nakita ng LIGO ang mga gravitational wave mula sa mga bagay, na ang hitsura nito ay nananatiling isang misteryo.

Sa pagtatapos ng 2018, ang mga naturang bagay ay nilapitan ng astrophysicist ng Greenwich Institute of Science and Technology na si Nikolai Gorkavy at ng Nobel laureate na si John Mather. Ang kanilang mga kalkulasyon ay nagpakita na ang mga itim na butas na may masa ng sampu-sampung masa ng solar ay maaaring magdagdag ng isang galactic halo, na mananatiling halos hindi nakikita para sa pagmamasid at, sa parehong oras, lumikha ng lahat ng mga katangian na anomalya sa istraktura at paggalaw ng mga kalawakan. Tila, saan sa malayong paligid ng kalawakan nagmumula ang kinakailangang bilang ng gayong malalaking black hole? Pagkatapos ng lahat, ang karamihan sa mga malalaking bituin ay ipinanganak at namamatay nang mas malapit sa gitna. Ang sagot na ibinigay nina Gorkavy at Mather ay halos hindi kapani-paniwala: ang mga black hole na ito ay hindi "dumating", sa isang tiyak na kahulugan na sila ay palaging umiral, mula pa sa simula ng Uniberso. Ito ang mga labi ng nakaraang cycle sa isang walang katapusang pagkakasunod-sunod ng mga pagpapalawak at mga contraction ng mundo.

Ang solid line ay nagpapakita ng tunay na orbital velocity ng mga bituin at gas na umiikot sa gitna ng kalawakan; may tuldok - inaasahan sa kawalan ng impluwensya ng madilim na bagay.

Mga labi ng muling pagsilang

Sa pangkalahatan, ang Big Bounce ay hindi isang bagong modelo sa kosmolohiya, bagama't hindi napatunayan, na umiiral na katulad ng marami pang hypotheses ng ebolusyon ng kosmos. Posible na sa buhay ng sansinukob, ang mga panahon ng paglawak ay talagang pinalitan ng pag-urong, ang "Big Collapse" - at isang bagong bounce-explosion, ang pagsilang ng mundo ng susunod na henerasyon. Gayunpaman, sa bagong modelo, ang mga cycle na ito ay isinasagawa ng mga black hole, na kumikilos bilang parehong dark matter at dark energy - isang misteryosong substance o puwersa na nagdudulot ng pinabilis na paglawak ng ating Uniberso.

Ipinapalagay na sa pamamagitan ng pagsipsip ng bagay at pagsasanib sa isa't isa, ang mga black hole ay maaaring makaipon ng higit at higit pa sa kabuuang masa ng Uniberso. Dapat itong humantong sa isang pagbagal sa pagpapalawak nito at pagkatapos ay sa pag-urong. Sa kabilang banda, kapag nagsanib ang mga itim na butas, isang makabuluhang bahagi ng kanilang masa ang nawawala sa enerhiya ng mga alon ng gravitational. Samakatuwid, ang magreresultang butas ay magiging mas magaan kaysa sa kabuuan ng mga dating termino nito (halimbawa, ang unang gravitational wave na naitala ng LIGO ay ipinanganak kapag ang mga black hole na 36 at 29 solar mass ay sumanib sa pagbuo ng isang butas na may mass na "lamang "62 solar mass). Kaya ang Uniberso ay maaari ding mawalan ng masa, kumukuha at mapupuno ng mas malalaking black hole, kabilang ang isa sa pinakamalaki - ang gitna.

Sa wakas, pagkatapos ng mahabang serye ng mga pagsasanib ng mga black hole, kapag ang isang makabuluhang bahagi ng masa ng Uniberso ay "tumagas" sa anyo ng mga gravitational wave, magsisimula itong magkalat sa lahat ng direksyon. Mula sa labas ay magmumukha itong isang pagsabog - ang Big Bang. Hindi tulad ng klasikal na Big Rebound na larawan, ang kumpletong pagkawasak ng nakaraang mundo ay hindi nangyayari sa gayong modelo, at ang bagong Uniberso ay direktang nagmamana ng ilang mga bagay mula sa magulang. Una sa lahat, ang mga ito ay pareho ang mga black hole, na handang muling gampanan ang parehong pangunahing tungkulin dito - parehong dark matter at dark energy.

Mahusay na ina

Kaya, sa hindi pangkaraniwang larawang ito, ang madilim na bagay ay lumalabas na malalaking itim na butas, na minana mula sa Uniberso hanggang sa Uniberso. Ngunit hindi natin dapat kalimutan ang tungkol sa "gitnang" black hole, na dapat mabuo sa bawat ganoong mundo sa bisperas ng kamatayan nito at magpapatuloy sa susunod. Ang mga kalkulasyon ng mga astrophysicist ay nagpakita na ang masa nito sa ating espasyo ngayon ay maaaring umabot sa hindi kapani-paniwalang 6 x 1051 kg, 1/20 ng masa ng lahat ng baryonic matter, at patuloy na tumataas. Ang paglaki nito ay maaaring humantong sa isang mas mabilis na pagpapalawak ng espasyo-oras at ipamalas ang sarili bilang isang mabilis na pagpapalawak ng Uniberso.

Siyempre, ang pagkakaroon ng naturang cyclopean mass ay dapat na humantong sa paglitaw ng mga kapansin-pansing inhomogeneities sa malakihang istraktura ng Uniberso. Mayroon nang kandidato para sa gayong heterogeneity - ang astronomical Axis of Evil. Ang mga ito ay medyo mahina, ngunit napaka nakakaalarma na mga palatandaan ng anisotropy ng Uniberso - ang istraktura na nagpapakita ng sarili dito sa pinakamalaking mga kaliskis at hindi sa anumang paraan ay sumasang-ayon sa mga klasikal na pananaw sa Big Bang at lahat ng nangyari pagkatapos nito.

Sa kahabaan ng paraan, nalulutas din ng kakaibang hypothesis ang isa pang astronomical na bugtong - ang problema ng hindi inaasahang maagang paglitaw ng supermassive black hole. Ang ganitong mga bagay ay matatagpuan sa mga sentro ng malalaking kalawakan at, sa pamamagitan ng hindi kilalang paraan, ay nakakuha ng masa sa milyun-milyon at kahit na bilyun-bilyong solar na masa na sa unang 1-2 bilyong taon ng pagkakaroon ng Uniberso. Hindi malinaw kung saan sila, sa prinsipyo, makakahanap ng napakaraming sangkap, at higit pa kung magkakaroon sila ng oras upang makuha ito. Ngunit sa loob ng balangkas ng ideya na may "minanang" black hole, ang mga tanong na ito ay tinanggal, dahil ang kanilang mga embryo ay maaaring nakuha sa atin mula sa nakaraang Uniberso.

Nakakalungkot na ang labis na hypothesis ni Gorkavy ay isa pa ring hypothesis. Upang ito ay maging isang ganap na teorya, kinakailangan na ang mga hula nito ay tumutugma sa obserbasyonal na data - at sa gayon ay hindi maipaliwanag ng mga tradisyonal na modelo. Siyempre, gagawing posible ng pananaliksik sa hinaharap na ihambing ang kamangha-manghang mga kalkulasyon sa katotohanan, ngunit malinaw na hindi ito mangyayari sa malapit na hinaharap. Samakatuwid, habang ang mga tanong tungkol sa kung saan nakatago ang madilim na bagay at kung ano ang madilim na enerhiya, ay nananatiling hindi nasasagot.