A sötét anyag illúzió a Tudomány számára
Erik Verlinde elméleti fizikus azt sugallja, hogy a gravitáció kialakulóban lévő jelenség, és hogy a sötét anyag nem létezik. Ez az ötlet nemrég teljesített egy első sikeres tesztet.
- Google +
- Nyomtatni
Figyelmen kívül hagyott úttörő
Azóta a sötét anyag a csillagászat és a kozmológia mindenütt jelenlévő összetevőjévé vált. Ez az Univerzum tartalmának 25% -át képviseli, ötször többet, mint a hétköznapi anyag. Megmagyarázza a spirálgalaxisok forgási mozgását, de a galaxishalmazok dinamikáját, bizonyos gravitációs lencsehatásokat, az Univerzumban nagy struktúrák kialakulását, amelyekben galaxisok csoportosulnak, vagy a kozmikus diffúz háttér anizotropiáinak spektrumát. a hőmérséklet-szabálytalanságok megoszlása az Univerzum által kibocsátott első sugárzásban, 380 000 éves korában. De ha a sötét anyag elengedhetetlennek tűnik mindezen megfigyelések magyarázatához, annak természete ismeretlen marad.
A kísérleteket kordában tartották
A legtöbb modellben a sötét anyag egzotikus részecskékből áll, amelyek még ismeretlenek, de potenciálisan megfigyelhetők. A közvetlen kimutatási kísérletek azon az elképzelésen alapulnak, hogy ezek a sötét anyag részecskék - bár nagyon ritkán - kölcsönhatásba léphetnek a hétköznapi anyaggal. Tehát elég nagy detektorral és sok türelemmel lehetővé kell tenni, hogy egy sötét anyag részecske egy közönséges anyag részecskévé csapódjon. Világszerte több csapat folyamatosan fejleszti detektorait. Az Egyesült Államokban végzett LUX-kísérletek, vagy a kínai PandaX-kísérletek lehetővé tették, hogy bizonyos sötét anyag modellekre, a wimpsekre (gyengén kölcsönhatásban lévő hatalmas részecskék) olyan erős korlátozásokat helyezzenek el, hogy ez a fajta jelölt most nehézségekkel küzd.
Eddig nem figyeltek meg jelet a részecskegyorsítókban, nevezetesen az LHC-nél, ahol nagyon nagy energiájú protonok ütközése során sötét anyagot remélnek létrehozni. Kozmikus sugarakban sem, amelyek némelyike a sötét anyag részecskéinek megsemmisüléséből származhat a kozmosz olyan területein, ahol mennyiségben van jelen. Az AMS-kísérlet - amelyet a Nemzetközi Űrállomásra telepítettek - 2016 decemberében, ötéves megfigyelés után tették közzé, kompatibilisek lehetnek egy kb. Egy teraelektronvolt tömegű wimp-kel, de még mindig túl korai megmondani. annak a lehetősége, hogy a megfigyelt jel pulzárokból, sűrű, gyorsan forgó csillagokból származik, amelyek részecskék áramát bocsátják ki.
Röviden, egyetlen kísérlet sem szolgáltatott szilárd jelzést a sötét anyag részecskék létezéséről. A legegyszerűbb modellek kizártnak tűnnek, de a fizikusok még mindig messze vannak az összes lehetőség kiküszöbölésétől.
A sötét anyag hipotézise más kihívásokkal néz szembe. Ha az ötlet a spirálgalaxisok sebességprofiljainak tanulmányozása során merült fel, akkor ezekben a szerkezetekben is aláássa. Például numerikus szimulációk szerint a sötét anyagnak feleslegesen kell felhalmozódnia a galaxisok közepén, a megfigyelésekkel összeegyeztethetetlen arányban. Sötét anyag jelenlétében a szimulációk sok kis műholdas galaxis kialakulását jósolják spirálgalaxisok körül. A Tejútrendszer körül azonban csak húszat ismerünk, a várható több száz helyett. Egyes fizikusok úgy vélik, hogy ez utóbbi probléma megfigyelő: ezek a nagyon halvány műholdas galaxisok még mindig elkerülnék a csillagászok tekintetét. A magyarázatot megerősítette 11 törpe galaxis 2015-ös felfedezése.
Ezen kívül tavaly októberben Stacy McGaugh, az Egyesült Államok Case Western Reserve Egyetemének munkatársai 153 nagyon változatos tulajdonságú galaxisban hasonlították össze a látható csillag sebességprofiljából levezetett (a gravitációs erőhöz kapcsolódó) centripetális gyorsulást. amely megfelel az összes közönséges anyagnak plusz a sötét anyagnak, és a csak a közönséges anyagból előállított centripetális gyorsulás számított részének. Így bebizonyították, hogy ezt a két gyorsulást meglehetősen egyszerű képlet köti össze. Nem egyenlőek, ami arra utal, hogy sötét anyagra van szükség a spirálgalaxisok sebességprofiljának leírására. De nincs is nyilvánvaló oka annak, hogy ezt a két gyorsulást összefüggésbe hozzák egy egyszerű kapcsolattal, tudva, hogy a sötét anyagban többé-kevésbé gazdag galaxisokban számolták őket. Ehhez kapcsolatra lenne szükség a hétköznapi anyag és a sötét anyag eloszlása között, miközben ez a két komponens nagyon gyengén hat egymásra, csak a gravitációs kölcsönhatás (és esetleg a gyenge kölcsönhatás) révén. Hogyan magyarázzam el ?
Két csapat már megmutatta, hogy a sötét anyaggal végzett szimulációk megismételhetik a kapcsolatot, amelyet Stacy McGaugh és munkatársai kiemeltek. Figyelembe veszik a közönséges anyag visszacsatolási hatásait a sötét anyagra. Meg kell még mutatni, hogy eredményük univerzális, és változatos tulajdonságú valódi galaxisokra vonatkozik.
MOND galaktikus királysága
Ezzel szemben Stacy McGaugh eredménye tökéletesen illeszkedik a sötét anyaggal versenyző elmélethez, a MOdified Newtonian Dynamics (MOND) elméletéhez. Ezt Mordehai Milgrom, az izraeli Weizmann Intézet javasolta 1983-ban. Feltételezi, hogy Newton második törvénye (a rendszerre ható erők összege megegyezik a tömeg és a gyorsulás szorzatával) már nem érvényes és akkor kell korrigálni, ha a gyorsulások nagyon alacsonyak, egy bizonyos küszöbérték alatt több nagyságrenddel alacsonyabbak, mint a Föld gravitációja. Egy ilyen rendszer valóban a spirálgalaxisok legkülső részein lenne érvényben, és ez a módosított gravitáció megmagyarázná a Vera Rubin által mért sebességi profilt anélkül, hogy sötét anyaghoz kellene folyamodni.