"Materia e errët" e padukshme në hapësirë po i detyron galaktikat të evoluojnë

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-16 16:16

Sa më gjatë të mbetet i pazgjidhur misteri i materies së errët, aq më shumë hipoteza ekzotike për natyrën e saj shfaqen, duke përfshirë idenë më të re të trashëgimisë së vrimave të zeza gjigante nga Universi i mëparshëm.

Për të ditur se diçka ekziston, nuk është e nevojshme ta shihni atë. Pra, dikur, sipas ndikimit gravitacional në lëvizjen e Uranit, u zbuluan Neptuni dhe Plutoni, dhe sot po bëhet një kërkim për një Planet hipotetik X në periferi të largët të sistemit diellor. Por çka nëse gjejmë një ndikim të tillë kudo në Univers? Merrni për shembull galaktikat. Duket se nëse disku galaktik rrotullohet, atëherë shpejtësia e yjeve duhet të ulet me rritjen e orbitës. Ky, për shembull, është rasti me planetët e sistemit diellor: Toka nxiton rreth Diellit me 29,8 km / s, dhe Plutoni - me 4,7 km / s. Sidoqoftë, tashmë në vitet 1930, vëzhgimet e mjegullnajës Andromeda treguan se shpejtësia e rrotullimit të yjeve të saj mbetet pothuajse konstante, pavarësisht sa larg janë në periferi. Kjo situatë është tipike për galaktikat, dhe ndër arsye të tjera, çoi në shfaqjen e konceptit të materies së errët.

Karnaval i problemeve

Besohet se ne nuk e shohim atë drejtpërdrejt: kjo substancë misterioze praktikisht nuk ndërvepron me grimcat e zakonshme, duke përfshirë nuk lëshon ose thith fotone, por ne mund ta vërejmë atë nga efekti gravitacional në trupa të tjerë. Vëzhgimet e lëvizjeve të yjeve dhe reve të gazit bëjnë të mundur përpilimin e hartave të detajuara të aureolës së materies së errët që rrethon diskun e Rrugës së Qumështit, duke folur për rolin e rëndësishëm që luan në evolucionin e galaktikave, grupimeve dhe të gjithë shkallës së gjerë. struktura e Universit. Megjithatë, fillojnë vështirësitë e mëtejshme. Çfarë është kjo lëndë e errët misterioze? Nga se përbëhet dhe çfarë veti kanë grimcat e tij?

Për shumë vite, WIMP-të kanë qenë kandidatët kryesorë për këtë rol - grimca hipotetike që nuk janë në gjendje të marrin pjesë në asnjë ndërveprim tjetër përveç gravitacionit. Ata po përpiqen t'i zbulojnë ato në mënyrë indirekte, nga produktet e ndërveprimeve të rralla me lëndën e zakonshme, dhe drejtpërdrejt, duke përdorur instrumente të fuqishëm, duke përfshirë Përplasësin e Madh të Hadronit. Mjerisht, në të dyja rastet, nuk ka rezultate.

“Skenari në të cilin LHC gjen vetëm bozonin Higgs dhe asgjë tjetër është quajtur një 'skenar makthi' për një arsye," thotë Sabine Hossenfelder, një profesore në Universitetin e Frankfurtit. "Fakti që nuk u gjet asnjë shenjë e fizikës së re më shërben si një sinjal i qartë: diçka nuk është në rregull këtu." Shkencëtarë të tjerë gjithashtu kapën këtë sinjal. Pas publikimit të rezultateve negative të kërkimeve për gjurmët e materies së errët duke përdorur LHC dhe instrumente të tjera, interesi për hipotezat alternative për natyrën e tij po rritet qartë. Dhe disa nga këto zgjidhje duken edhe më ekzotike se karnavalet braziliane.

Një mori vrimash

Po sikur WIMP-të të mos ekzistojnë? Nëse materia e errët është materie që ne nuk mund ta shohim, por ne shohim efektet e gravitetit të saj, atëherë ndoshta ato janë vetëm vrima të zeza? Teorikisht, në fazat më të hershme të evolucionit të Universit, ata mund të ishin formuar në një numër të madh - jo nga yje gjigantë të vdekur, por si rezultat i rënies së materies super të dendur dhe të nxehtë që mbushi hapësirën inkandeshente. Një problem: deri më tani nuk është gjetur asnjë vrimë e zezë primordiale dhe nuk dihet me siguri nëse ato kanë ekzistuar ndonjëherë. Megjithatë, ka mjaft vrima të tjera të zeza në Univers që janë të përshtatshme për këtë rol.

Vëzhgimet e sondës hapësinore të largët Voyager 1 nuk zbuluan asnjë gjurmë të rrezatimit Hawking, gjë që mund të tregonte shfaqjen e vrimave të zeza primordiale me përmasa mikroskopike. Megjithatë, kjo nuk përjashton ekzistencën e objekteve më të mëdha të ngjashme. Që nga viti 2015, interferometri LIGO ka regjistruar tashmë 11 valë gravitacionale, dhe 10 prej tyre janë shkaktuar nga bashkimi i çifteve të vrimave të zeza me masa prej dhjetëra masash diellore. Kjo në vetvete është jashtëzakonisht e papritur, sepse objekte të tilla formohen si rezultat i shpërthimeve të supernovës dhe ylli i vdekur humbet pjesën më të madhe të masës së tij gjatë procesit. Rezulton se pararendësit e vrimave të bashkuara ishin yje me përmasa vërtet ciklopike, të cilat nuk duhej të kishin lindur në Univers për një kohë të gjatë. Një problem tjetër krijohet nga formimi i sistemeve binare prej tyre. Një shpërthim supernova është një ngjarje aq e fuqishme sa çdo objekt i afërt do të hidhet larg. Me fjalë të tjera, LIGO ka zbuluar valë gravitacionale nga objektet, pamja e të cilave mbetet një mister.

Në fund të vitit 2018, objekte të tilla u afruan nga astrofizikani i Institutit të Shkencës dhe Teknologjisë Greenwich Nikolai Gorkavy dhe laureati i Nobelit John Mather. Llogaritjet e tyre treguan se vrimat e zeza me masa prej dhjetëra masash diellore mund të mblidhnin fare mirë një halo galaktike, e cila do të mbetej praktikisht e padukshme për vëzhgim dhe, në të njëjtën kohë, do të krijonte të gjitha anomalitë karakteristike në strukturën dhe lëvizjen e galaktikave. Do të duket, ku në periferinë e largët të galaktikës vjen nga numri i nevojshëm i vrimave të zeza kaq të mëdha? Në fund të fundit, shumica dërrmuese e yjeve masive lindin dhe vdesin më afër qendrës. Përgjigjja që japin Gorkavy dhe Mather është pothuajse e pabesueshme: këto vrima të zeza nuk "erdhën", në një farë kuptimi ato kanë ekzistuar gjithmonë, që nga fillimi i Universit. Këto janë mbetjet e ciklit të mëparshëm në një sekuencë të pafund zgjerimesh dhe tkurrjesh të botës.

Vija e ngurtë tregon shpejtësinë reale orbitale të yjeve dhe gazit që rrotullohen rreth qendrës së galaktikës; me pika - pritet në mungesë të ndikimit të materies së errët.

Reliket e rilindjes

Në përgjithësi, Big Bounce nuk është një model i ri në kozmologji, megjithëse i paprovuar, që ekziston në të njëjtin nivel me shumë hipoteza të tjera të evolucionit të kozmosit. Është e mundur që në jetën e universit, periudhat e zgjerimit të zëvendësohen me të vërtetë nga tkurrja, "Shënimi i madh" - dhe një kërcim-shpërthim i ri, lindja e botës së brezit të ardhshëm. Megjithatë, në modelin e ri, këto cikle kryhen nga vrimat e zeza, duke vepruar si materie e errët dhe energji e errët - një substancë ose forcë misterioze që shkakton zgjerimin e përshpejtuar të Universit tonë.

Supozohet se duke thithur lëndën dhe duke u bashkuar me njëra-tjetrën, vrimat e zeza mund të grumbullojnë gjithnjë e më shumë masën totale të Universit. Kjo duhet të çojë në një ngadalësim të zgjerimit të tij dhe më pas në tkurrje. Nga ana tjetër, kur vrimat e zeza bashkohen, një pjesë e konsiderueshme e masës së tyre humbet me energjinë e valëve gravitacionale. Prandaj, vrima që rezulton do të jetë më e lehtë se shuma e termave të saj të mëparshëm (për shembull, vala e parë gravitacionale e regjistruar nga LIGO lindi kur vrimat e zeza me masa diellore 36 dhe 29 bashkohen me formimin e një vrime me një masë "vetëm "62 masa diellore). Pra, Universi gjithashtu mund të humbasë masën, duke u tkurrur dhe duke u mbushur me vrima të zeza gjithnjë e më të mëdha, duke përfshirë një nga më të mëdhatë - atë qendrore.

Më në fund, pas një serie të gjatë bashkimesh të vrimave të zeza, kur një pjesë e konsiderueshme e masës së Universit "rrjedh" në formën e valëve gravitacionale, ajo do të fillojë të shpërndahet në të gjitha drejtimet. Nga jashtë do të duket si një shpërthim - Big Bang. Ndryshe nga fotografia klasike e Big Rebound, shkatërrimi i plotë i botës së mëparshme nuk ndodh në një model të tillë, dhe Universi i ri trashëgon drejtpërdrejt disa objekte nga prindi. Para së gjithash, këto janë të gjitha të njëjtat vrima të zeza, të gatshme për të luajtur përsëri të dy rolet kryesore në të - si materia e errët dhe energjia e errët.

E para e madhe

Pra, në këtë pamje të pazakontë, materia e errët rezulton të jenë vrima të zeza të mëdha, të cilat trashëgohen nga Universi në Univers. Por nuk duhet të harrojmë për vrimën e zezë "qendrore", e cila duhet të formohet në çdo botë të tillë në prag të vdekjes së saj dhe të vazhdojë në tjetrën. Llogaritjet nga astrofizikanët kanë treguar se masa e tij në hapësirën tonë të sotme mund të arrijë një masë të pabesueshme 6 x 1051 kg, 1/20 e masës së të gjithë materies barionike dhe të rritet vazhdimisht. Rritja e tij mund të çojë në një zgjerim gjithnjë e më të shpejtë të hapësirë-kohës dhe të shfaqet si një zgjerim i përshpejtuar i Universit.

Natyrisht, prania e një mase të tillë ciklopike duhet të çojë në shfaqjen e inhomogjeniteteve të dukshme në strukturën në shkallë të gjerë të Universit. Tashmë ekziston një kandidat për një heterogjenitet të tillë - Boshti astronomik i së Keqes. Këto janë shenja relativisht të dobëta, por shumë alarmante të anizotropisë së Universit - struktura që manifestohet në të në shkallët më të mëdha dhe nuk pajtohet në asnjë mënyrë me pikëpamjet klasike mbi Big Bengun dhe gjithçka që ndodhi pas tij.

Gjatë rrugës, hipoteza ekzotike zgjidh edhe një gjëegjëzë tjetër astronomike - problemin e shfaqjes së hershme të papritur të vrimave të zeza supermasive. Objekte të tilla ndodhen në qendrat e galaktikave të mëdha dhe, me mjete të panjohura, arritën të fitojnë masë në miliona dhe madje miliarda masa diellore tashmë në 1-2 miliardë vitet e para të ekzistencës së Universit. Është e paqartë se ku mund të gjenin, në parim, kaq shumë substancë, dhe aq më tepër kur mund të kishin kohë për ta përthithur atë. Por në kuadrin e idesë me vrimat e zeza të "trashëguara", këto pyetje hiqen, sepse embrionet e tyre mund të na kishin ardhur nga Universi i kaluar.

Është për të ardhur keq që hipoteza ekstravagante e Gorkavy është ende vetëm një hipotezë. Që ajo të bëhet një teori e plotë, është e nevojshme që parashikimet e saj të përkojnë me të dhënat e vëzhgimit - dhe me të tilla që nuk mund të shpjegohen nga modelet tradicionale. Sigurisht, kërkimet e ardhshme do të bëjnë të mundur krahasimin e llogaritjeve fantastike me realitetin, por padyshim që kjo nuk do të ndodhë në të ardhmen e afërt. Prandaj, ndërsa pyetjet se ku fshihet materia e errët dhe çfarë është energjia e errët, mbeten pa përgjigje.