Naujoje plačiai paplitusių tamsiųjų medžiagų tyrimų erose prieštaringai vertinama mintis apie jos koncentraciją plonuosiuose diskuose išplaukia iš mokslinio užmaršties
1932 m. Olandijos astronomas Janas Oortas suskaičiavo žvaigždes Paukščių Take ir nustatė, kad jų trūksta. Remdamasis tuo, kad žvaigždės, judėdamos ratu galaktikos plokštumoje, šokinėja aukštyn ir žemyn kaip arkliai ant karuselės, Oortas apskaičiavo, kad materijos, kuri joms daro gravitacinį poveikį ir pajudina juos, turėtų būti dvigubai daugiau nei jis matė. … Oortas teigė, kad trūkumą kompensuoja paslėpta „tamsiosios medžiagos“, ir pasiūlė susikaupti diske, o tai paaiškina žvaigždžių judėjimą.
- „Salik.biz“
Tačiau tamsiosios materijos atradimas, kaip vadinama nematoma ir neapibrėžta materija, kuri sudaro penkias šeštąsias Visatos masės dalis, paprastai priskiriamas šveicarų-amerikiečių astronomu Fritzui Zwicky, kuris 1933 m. Savo egzistavimą išvedė iš abipusio galaktikų judėjimo. Oortas nebuvo gerai žinomas dėl to, kad ėjo neteisinga linkme. Iki 2000 m. Naujų Pieno kelio tyrimų autoriai, naudodamiesi Oorto metodu, nustatė, kad „trūkstamoje“masėje yra silpnos žvaigždės, dujos ir dulkės, o tamsaus disko nebereikia. Užuominos iš prieš 80 metų rodo, kad tamsiosios materijos, kad ir kokia ji būtų, aplink galaktikas sudaro sferinius debesis, vadinamus „halos“.
Na, bent jau taip sako dauguma tamsiosios medžiagos medžiotojų. Tačiau nors tamsaus disko koncepcija prarado savo populiarumą, jos niekada nebuvo visiškai atsisakyta. Visai neseniai ši idėja rado didelę Harvardo universiteto fizikos profesorės Lisa Randall gerbėją, kuri išstūmė disko teoriją iš mokslinio užmaršties ir pastūmėjo į galaktikos scenos centrą.
2013 m. Pasiūlę savo modelį, Randall ir kolegos nuo tada tvirtino, kad tamsusis diskas gali paaiškinti gama spindulius, sklindančius iš galaktikos centro, plokščiąjį nykštukinių galaktikų pasiskirstymą orbitoje aplink Andromedos ūką ir Pieno kelią ir netgi periodinius kometų kritimus bei masinį išnykimą. rūšių Žemėje. Apie tai ji rašė savo populiariųjų mokslų knygoje „Tamsioji materija ir dinozaurai“, išleistoje 2015 m.
Vis dėlto Paukščių Taką inventorizavę astrofizikai protestavo, teigdami, kad bendra galaktikos masė ir jos žvaigždžių šuoliai sutampa per gerai, nepalikdami vietos tamsiam diskui. „Tai daug griežčiau, nei mano Lisa Randall“, - sako Toronto universiteto astrofizikas Jo Bovy.
Dabar Randalas, sukūręs daugybę svarbių idėjų kritiniais pagrindinės fizikos klausimais, grįžta atgal. Praėjusį savaitę internete paskelbtame dokumente, priimtame paskelbti „Astrofizikos žurnale“, Randall ir jos studentas Ericas Krameris, analizuodami Pieno kelią, rado disko formos spragą: „Yra svarbi detalė, kurią vis dar turime dar nekreipė dėmesio, rašo. "Diskas gali sukurti vietos sau."
Jei tamsus diskas praeina pro galaktikos vidurio plokštumą, teigia Randalis ir Krameris, tada gravitacija tempia likusią materijos dalį į vidų, o tai padidina žvaigždžių, dujų ir dulkių tankį vidurio plokštumoje. Mokslininkai paprastai apskaičiuoja bendrą tariamą Paukščių Tako masę, ekstrapoliuodami į išorę pagal viduriniosios plokštumos tankį. Jei yra sutraukiantis poveikis, tai ekstrapoliacija sukels akivaizdžią masę perdėtą, o tada bus jausmas, kad masė atitinka žvaigždžių judesį. Dėl šios priežasties ankstesnių tyrimų autoriai nematė tamsaus disko įrodymų, sako Krameris. Kartu su „Randall“jie mano, kad plonas tamsus diskas yra įmanomas ir kad tam tikrais būdais geriau turėti jo nei jo nėra.
Reklaminis vaizdo įrašas:
„Lizos darbas atgaivino šį verslą“, - sako Chrisas Flynnas iš Swinburne technologijos universiteto Melburne, Australijoje. Jis kartu su Johanu Holmbergu (Johanu Holmbergu) 2000-ųjų pradžioje atliko keletą „Paukščių Tako“aprašų, kurie, atrodo, visiškai sunaikino visas tamsaus disko egzistavimo galimybes.
Bowie nesutinka. Net jei atsižvelgsime į siaurinantį poveikį, jo vertinimu, ne daugiau kaip 2% viso tamsiosios medžiagos kiekio gali būti tamsiame diske, o likusi dalis turėtų sudaryti halo. „Manau, kad dauguma žmonių nori išsiaiškinti, kas yra 98% tamsiosios medžiagos, o ne 2%“, - sako jis.
Ši diskusija, kaip ir tamsaus disko likimas, netrukus gali būti išspręsta. Europos kosmoso agentūros „Gaia“palydovas šiuo metu teleskopuoja milijardo žvaigždžių padėtį ir greitį, o galutinis Paukščių Tako registras galėtų būti baigtas kurti kitos vasaros pabaigoje.
Jaunas galaktikos klasteris „Abell 2151“Hercules žvaigždyne
ESO / INAF-VST / OmegaCAM / A. „Fujii“/ Skaitmeninta dangaus apžvalga 2
Atidaryti bet kokio dydžio tamsią diską būtų nepaprastai lengva. Jei ji egzistuos, tamsiosios medžiagos pasirodys daug sudėtingesnės, nei mokslininkai seniai tikėjo. Medžiaga įgyja disko formą tik tuo atveju, jei ji geba spinduliuoti energiją, o geriausias būdas išmesti pakankamai energijos yra formuoti atomus. Tamsiųjų atomų egzistavimas reikštų, kad tamsūs protonai ir tamsūs elektronai, įkrauti kaip matomi protonai ir elektronai, sąveikauja tarpusavyje per tamsiąją fotonų perduodamą tamsiąją jėgą. Net jei 98% tamsiosios medžiagos yra inertiška ir sudaro halogeną, ploniausio tamsaus disko egzistavimas reikštų nežinomų dalelių „tamsųjį sektorių“, tokį skirtingą kaip matoma Visata.
„Įprasta medžiaga yra gana sudėtinga; yra materija, kuri vaidina atomus, ir yra materija, kuri nevaidina, sako Kalifornijos universiteto astrofizikas Irvinas, Jamesas Bullockas. "Todėl nebūtų beprotiška įsivaizduoti, kad kitos penkios šeštosios dalyko dalys Visatoje taip pat yra gana sudėtingos ir kad tam tikra šio tamsaus sektoriaus dalis egzistuoja surištų atomų pavidalu."
Tamsiosios medžiagos sudėtingumo samprata pastaruoju metu rado vis daugiau šalininkų, kuriems padėjo astrofizinės anomalijos, kurios iš tikrųjų neatitinka minties apie tamsiąją medžiagą kaip pasyvias, lėtas ir „silpnai sąveikaujančias masyvias daleles“. Šios anomalijos, taip pat tai, kad atliekant išsamius eksperimentus įvairiose pasaulio šalyse tokios sunkios silpnai sąveikaujančios dalelės (WIMP) niekada nebuvo aptiktos, susilpnino šią teoriją ir pažymėjo naujos eros, kurioje kiekvienas gali spėlioti, kad tai yra, pradžią. tokiam žvėriui - tamsi materija.
Ši era atėjo kažkada 2008 m., Kai PAMELA eksperimento dalyviai atrado iš kosmoso atkeliavusių pozitronų perteklių (palyginti su elektronais). Ši asimetrija paskatino domėtis dabar populiariu „asimetrinės tamsiosios medžiagos“modeliu, kurį pasiūlė Kathryn Zurek ir jos kolegos. Tuo metu apyvartoje buvo nedaug idėjų, išskyrus sąrėmių idėją. „Buvo modeliuotojų, tokių kaip aš, kurie suprato, kad tamsiosios medžiagos idėja šia prasme yra visiškai neišvystyta“, - sako Tsurekas, kuris dabar dirba Nacionalinėje laboratorijoje. Lawrence'as Berkeley Kalifornijoje. „Taigi mes pasinerėme į šį darbą visam laikui“.
Dar vienas stimulas buvo nykštukinių galaktikų tankis. Kai mokslininkai bando modeliuoti jų formavimąsi, nykštukinės galaktikos dažniausiai būna per tankios jų centruose, nebent mokslininkai daro prielaidą, kad tamsiosios medžiagos dalelės gali sąveikauti viena su kita naudodamos tamsiąsias jėgas. Bet jei čia pridėsime per stiprią sąveiką, mes sunaikinsime struktūros formavimo modelius ankstyvojoje Visatoje.
„Mes bandome išsiaiškinti, ką galima toleruoti“, - sako Bullockas, kuris taip pat kuria šiuos modelius. Dauguma modeliuotojų leidžia atlikti silpną sąveiką, kuri neturi įtakos tamsiosios medžiagos halo forma. „Bet kas yra nuostabu, yra tamsiosios medžiagos klasė, leidžianti formuoti diskus“, - sako Bullockas. Tokiu atveju sąveikaus tik maža dalis tamsiosios medžiagos dalelių, tačiau jos sąveikaus pakankamai stipriai, kad išsklaidytų energiją ir tada sudarytų diskus.
Randall ir jos kolegos JiJi Fan, Andrey Katz ir Matthew Reece idėją iškėlė 2013 m., Kaip ir Oortas. Jie bandė paaiškinti akivaizdžią Pieno kelio anomaliją. Vadinamoji Fermi linija yra tam tikro dažnio gama spindulių, einančių iš galaktikos centro, perteklius. "Įprasta tamsi medžiaga negalėjo sunaikinti tiek, kad būtų galima sukurti" Fermi "liniją, - sako Randall, - ir mes pagalvojome, kas būtų, jei ji būtų daug tankesnė?" Taigi tamsusis diskas įgavo antrą gyvenimą. „Fermi“linija dingo, kai atsirado daugiau duomenų, tačiau disko idėją vis tiek buvo verta ištirti. 2014 m. Randalis ir Reesas pasiūlė, kad būtent dėl disko yra 30–35 milijonų metų intervalai tarp didėjančio kometų ir meteorų aktyvumo.kuriuos kai kurie mokslininkai sieja su periodiniu masiniu išnykimu. Kiekvieną kartą, kai Saulės sistema šokinėja aukštyn ar žemyn ant Pieno kelio žiedo, jie teigia, kad gravitacinis disko poveikis gali destabilizuoti asteroidus ir kometas Oorto debesyje - sąvartyne mūsų saulės sistemos pakraštyje, pavadintame olandų astronomo vardu. Šie objektai skrieja link vidinės Saulės sistemos dalies, o kai kurie patenka į Žemę.
Tačiau Randall ir jos komanda padarė tik atsargiai ir, kaip paaiškėjo, neteisinga analizė, kiek vietos bendroje Pieno kelio masėje lieka tamsiajam diskui, kaip vertinama pagal žvaigždžių judesį. „Jie pateikė keletą įžeidžiančių pareiškimų“, - sakė Bovey.
Randall, žinomas tarp savo bendraamžių dėl savo atkaklumo (pasak Rhyso), įtraukė Kramerį į bylą atsakyti į kritiką ir „išgryninti visas raukšles“analizėje, kol Gaia duomenys nebuvo prieinami. Nauja analizė parodė, kad jei būtų tamsus diskas, jis negalėjo būti toks tankus, kaip iš pradžių tikėjo jos komanda. Bet ten buvo vietos plonam tamsiam diskui dėl jo sutraukiančio poveikio ir papildomo neapibrėžtumo, kurį sukelia grynas žvaigždžių dreifas Paukščių Take.
Chrisas McKee ir kolegos Kalifornijos Berklio universitete nustatė naują problemą, apie kurią jie rašė „The Astrophysical Journal“. McKee mano, kad plonas, tamsus diskas vis tiek galėtų išspausti į Paukščių Tako talpyklą. Bet šis diskas gali būti toks plonas, kad tiesiog suyra. Remdamasis septintojo ir aštuntojo dešimtmečio tyrimais, McKee ir jo kolegos rašo, kad diskai negali būti daug plonesni už Pieno kelio matomų dujų diską, nes jie sugestų. „Galbūt tamsiosios materijos savybės skiriasi nuo įprastos materijos savybių ir užkerta kelią tai padaryti, bet aš nežinau, kas tai galėtų būti“, - teigė McKee.
Randalas dar turi atremti šią naujausią ataką, pavadindamas ją „kebliu klausimu, kuris šiuo metu tiriamas“. Ji taip pat sutiko su Bowie išsakyta nuomone - kad įkrautų tamsių atomų diskas yra nereikšmingas, palyginti su 98% tamsiosios medžiagos prigimties. Dabar ji tiria galimybę, kad visos tamsiosios medžiagos gali būti įkrautos viena tamsiąja jėga, tačiau dėl tamsaus protonų pertekliaus per tamsius elektronus tik maža frakcija yra surišta į atomus ir vykdoma diske. Šiuo atveju diskas ir halo turi būti sudaryti iš tų pačių elementų, „kurie būtų ekonomiškesni“. "Mes manėme, kad tai gali būti atmesta, bet jis neveikė."
Iki šiol tamsusis diskas gyvena - kaip visko, kas nežinoma apie tamsiąją Visatos pusę, simbolis. „Manau, kad šioje srityje labai, labai naudinga, kad skirtingi žmonės svarsto skirtingas idėjas“, - sako Bullock. "Kadangi mes net neįsivaizduojame, kas tai yra - tamsiosios medžiagos, ir mes turime būti pasirengę įvairioms galimybėms".