10 питань про Всесвіт, на які відповість темна матерія

1. Темна матерія може викликати масове вимирання
2. Чумацький Шлях може бути гігантської червоточиною
3. Відкриття галактики X
4. Розпад бозона Хіггса на темну матерію
5. Темна матерія на Сонце
6. Темна матерія може бути макроскопічної
7. Виявлення темної матерії по GPS
8. Темна матерія може харчуватися темною енергією
9. Темна матерія викликає брижі в галактичному диску
10. Гамма-променева сигнатура

частинки темної матерії не виробляють, не відображають і не поглинають світло. Проте, хоча ми і не можемо бачити темну матерію безпосередньо і до сих пір не розуміємо її природи, вчені сходяться на думці, що вона становить до 26% відомому нам Всесвіті, спостерігаючи за гравітаційними ефектами, які вона надає на інші космічні об'єкти. Як і вітер, що гнуться дерево, ми не бачимо темну матерію, але знаємо, що вона є. Виходячи з цих спостережень, вчені розробляють досить цікаві теорії щодо цієї загадкової субстанції. якщо вона буде виявлена , Наше розуміння Всесвіту істотно проясниться.

Темна матерія може викликати масове вимирання

Майкл Рампіно, професор біології з Університету Нью-Йорка, вважає , Що рух Землі через галактичний диск (наш регіон в галактиці Чумацький Шлях) могло стати причиною масових вимирань на Землі. Це сталося через те, що наш рух порушило орбіти комет у зовнішній Сонячній системі (відомої як «хмара Оорта») і викликало збільшення теплоти ядра нашої планети.

Разом зі своїми планетами, Сонце обертається навколо центру Чумацького Шляху кожні 250 мільйонів років. Під час своєї подорожі воно плететься через галактичний диск кожні 30 мільйонів років. Рампіно стверджує, що прохід Землі через диск збігається з падінням комет і масовими вимирання на Землі, включаючи те, що трапилося 65 мільйонів років тому, коли вимерли динозаври. Є також теорія, що безпосередньо перед тим, як астероїд поклав кінець гігантським ящера, їх ряди істотно прорідили вулканічні виверження.

Поєднання незвичайної вулканічної активності і зіткнення з астероїдом збігаються з проходженням Землі через галактичний диск: «Під час проходження через диск концентрації темної матерії порушують шляху комет, які, як правило, пролітають далеко від Землі у зовнішній Сонячній системі», говорить Рампіно. «Це означає, що комети, які зазвичай подорожують на великих відстанях від Землі, вибирають незвичайні шляху аж до зіткнення з планетою». Деякі вважають, що теорія Рампіно не працює, тому що динозаври вимерли через падіння астероїда, а не комети. Проте, є думка, що 4% хмари Оорта складається з астероїдів, а це близько восьми мільярдів.

На додаток до цього Рампіно вважає, що кожен прохід Землі через галактичний диск призводив до того, що темна матерія накопичувалася в ядрі планети. Оскільки частинки темної матерії анігілюють один одного, вони створюють сильне тепло, а воно може викликати вулканічні виверження, зміни рівня моря, зростання гір і іншу геологічну активність, яка серйозно впливає на життя на Землі.

Чумацький Шлях може бути гігантської червоточиною

Можливо, ми живемо в гігантському тунелі, який є коротким шляхом через Всесвіт. Як передбачає загальна теорія відносності Ейнштейна, червоточина - це регіон, в якому простір і час викривляються, створюючи «Кротова нору» в віддалену частину Всесвіту. На думку астрофізиків з Міжнародної школи просунутих досліджень в Трієсті, Італія, темна матерія в нашій галактиці може бути розподілена таким чином, що забезпечує стабільно існуючу червоточину в середині нашого Чумацького Шляху . Ці вчені вважають, що прийшов час переосмислити природу темної матерії, можливо, вона просто представляє частина іншого виміру .

«Якщо ми об'єднаємо карту темної матерії в Чумацькому Шляху з останньою моделлю Великого Вибуху, - говорить професор Пауло Салуччі, - і припустимо існування просторово-часових тунелів, ми отримаємо, що наша галактика цілком може мати у своєму розпорядженні одним з таких тунелів, і такий тунель може бути розміром з цілу галактику. Крім того, ми можемо навіть пройти через цей тунель, оскільки він, згідно з нашими розрахунками, буде судноплавним. Як той, що ми бачили у фільмі «Інтерстеллар».

Звичайно, це всього лише теорія. Але вчені вважають, що темна матерія може бути ключем до створення червоточини і спостереження за нею. Поки ж ніяких червоточини в природі виявлено не було.

Відкриття галактики X

Галактика X також відома як галактика темної матерії, здебільшого невидима карликова галактика, яка може бути причиною дивної мерехтіння в холодному водні за межами диска Чумацького Шляху. Вважається, що галактика X є супутникової галактикою Чумацького Шляху в кластері з чотирьох змінних цефеїд, пульсуючих зірок, які використовуються в якості маркерів для вимірювання відстаней в космосі. Ми не бачимо решту цієї карликової галактики, тому що вона складається з темної матерії, відповідно до теорії. Проте завдяки гравітаційному тяжінню цієї галактики виникають брижі, яку ми бачимо. Без джерела гравітації у вигляді темної матерії, який утримує їх разом, чотири цефеїди, швидше за все, розлетілися б геть.

«Відкриття змінних цефеїд показує, що наш метод знаходження місць розташування карликових галактик з переважно темною матерією працює, - каже астроном Суканья Чакрабарті. - Це може допомогти нам в кінцевому рахунку зрозуміти, з чого складається темна матерія. Також це показує, що теорія тяжіння Ньютона може використовуватися в найдальших куточках галактики і немає необхідності змінювати нашу теорію гравітації ».

Розпад бозона Хіггса на темну матерію

Розроблена в 1970-і роки стандартна модель фізики елементарних частинок є набором теорій, які по суті пророкують всі відомі субатомні частинки у Всесвіті і то, як вони взаємодіють. З підтвердженим в 2012 році існуванням бозона Хіггса (відомим також як «частка Бога»), Стандартна модель стала завершеною. На жаль, ця модель пояснює далеко не всі і нічого не говорить про гравітацію і темну матерію. Маса частинки Хіггса також здається занадто малою деяким вченим.

Це і спонукало вчених з Технологічного університету Чалмерса запропонувати нову модель, засновану на суперсиметрії, яка оснащує кожну відому частку Стандартної моделі більш важким суперпартнери. Згідно нової теорії, невелика частина часток Хіггса розпадається на фотон (частку світла) і два гравітіно (гіпотетичні частинки темної матерії). Якщо ця модель підтвердиться , Вона повністю переверне наше розуміння фундаментальних будівельних блоків природи.

Темна матерія на Сонце

Залежно від методу, який використовується для аналізу Сонця, кількість елементів важче водню або гелію буде коливатися на 20-30 відсотків. Ми можемо виміряти кожен з цих елементів, дивлячись на спектр випромінюваного ним світла, як по відбитку пальця, або вивчити, як він впливає на звукові хвилі, що проходять крізь Сонце. Таємнича різниця в цих двох типах вимірювання елементів Сонця називається проблемою сонячного надлишку (або достатку).

Нам необхідно точно виміряти ці елементи, щоб зрозуміти хімічний склад Сонця, а також його щільність і температуру. Багато в чому це також допоможе нам зрозуміти склад і поведінку інших зірок, а також планет і галактик.

Протягом багатьох років вчені не могли розробити прийнятне рішення. Потім астрофізик Аарон Вінсент і його колеги припустили наявність темної матерії в ядрі Сонця як можливої ​​відповіді на питання. Після перевірки багатьох моделей, вони прийшли до теорії, яка ніби як працювала. Проте вона включала спеціальний тип темної матерії - «слабо взаємодіє асиметричну темну матерію», яка могла бути або матерією, або антиматерією одночасно.

На основі вимірів гравітації вчені дізналися, що Сонце оточує гало темної матерії. Частинки асиметричною темної матерії не містять багато антиматерії, тому можуть переживати контакт зі звичайною матерією і накопичуватися в ядрі Сонця. Ці частинки також можуть абсорбувати енергію в центрі Сонця, а потім транспортувати її тепло до зовнішніх краях, що могло б пояснити проблему сонячного надлишку.

Темна матерія може бути макроскопічної

Вчені з Case Western Reserve сумніваються, що ми шукаємо темну матерію в потрібних місцях. Зокрема, вони припускають , Що темна матерія може складатися не з крихітних екзотичних частинок на зразок вімпів (слабо взаємодіючих масивних частинок), а з макроскопічних об'єктів, які варіюються від декількох сантиметрів до розмірів астероїда. Однак вчені обмежують свою теорію тим, що вже спостерігається в космосі. Звідси народжується їхня віра, що Стандартна модель фізики елементарних частинок дасть відповідь. Нова модель не потрібна.

Вчені назвали свої об'єкти темної матерії «макросами». Вони не стверджують, що вімпів і аксионів немає, але допускають, що наш пошук темної матерії може включати інших кандидатів. Є приклади матерії, яка не є ні звичайної, ні екзотичної, але яка підходить за параметрами до Стандартної моделі.

«[Наукове] співтовариство відмовилося від думки, що темна матерія може складатися з звичайного речовини, в кінці 80-х, - каже професор фізики Гленн Старкмен. - Ми задаємося питанням, чи не помилилося воно і не може чи темна матерія складатися зі звичайного речовини - кварків і електронів? ».

Виявлення темної матерії по GPS

Двоє фізиків запропонували використовувати GPS-супутники для пошуку темної матерії, яка, на думку вчених, може не бути частками в загальноприйнятому сенсі, а скоріше патьоками в тканини простору-часу.

«Наше дослідження переслідує думка, що темна матерія може бути організована як гігантське газоподібному збори топологічних дефектів, або енергетичних тріщин, - говорить Андрій Дерев'янко з Університету штату Невада. - Ми пропонуємо виявити ці дефекти, темну матерію, за допомогою мережі чутливих атомних годин. Ідея полягає в тому, що коли годинник рассінхронізіруются, ми будемо знати, що в цьому місці пройшла темна матерія, топологічний дефект. По суті, ми плануємо використовувати GPS-супутники як найбільший створений людиною детектор темної матерії ».

Вчені аналізують дані з 30 GPS-супутників і намагаються з їх допомогою перевірити свою теорію. Якщо темна матерія дійсно є газоподібний, Земля буде проходити через неї в міру руху по галактиці. Виступаючи в якості вітру, шматки темної матерії будуть здуватися Землею і її супутниками, в результаті чого GPS-годинник на супутниках і на землі будуть втрачати синхронізацію кожні три хвилини. Вчені зможуть контролювати розбіжності до однієї мільярдної частки секунди.

Темна матерія може харчуватися темною енергією

Відповідно до одного з останніх досліджень, темна енергія може харчуватися темною матерією в міру їх взаємодії, що, в свою чергу, уповільнює зростання галактик і в кінцевому підсумку може залишити Всесвіт мало не зовсім порожній. Цілком можливо, що темна матерія розпадається на темну енергію, але цього ми поки не знаємо. Космічний апарат Планк недавно уточнив цифри фізичного складу Всесвіту: 4,9% звичайної матерії, 25,9% темної матерії і 69,2% темної енергії.

Ми не бачимо темної матерії або темної енергії. Ці терміни навіть не дуже добре розписані науковим співтовариством. Вони більше схожі на умовні позначення, які будуть залишатися, поки ми не зрозуміємо, що відбувається насправді.

Темна матерія притягує, а темна енергія відштовхує. Темна матерія є рамою або основою, на якій будуються галактики і їх зміст. Її гравітаційне тяжіння, як вважають, утримує зірки разом в галактиках. Гравітація сильніше, коли об'єкти перебувають ближче один до одного, і слабкіше, коли вони далі один від одного.

З іншого боку, темна енергія означає силу, яка змушує Всесвіт розширюватися, розкидаючи галактики геть. Оскільки темна енергія відштовхує ці об'єкти, гравітація слабшає. Це говорить про те, що розширення простору прискорюється, а не сповільнюється внаслідок гравітаційних ефектів, як вважали колись.

«З кінця 1990-х років астрономи переконалися в тому, що щось змушує розширення нашого Всесвіту прискорюватися, - говорить професор Девід Вондс з Університету Портсмута. - Просте пояснення полягає в тому, що порожній космос - вакуум - володіє енергетичною щільністю, яка є космологічної сталої. Проте з'являється все більше доказів того, що ця проста модель не може пояснити повний діапазон астрономічних даних, до яких мають доступ вчені. Зокрема, розростання космічної структури, галактик і скупчень галактик відбувається повільніше, ніж очікувалося ».

Темна матерія викликає брижі в галактичному диску

Якщо дивитися в космос з Землі, ми побачимо, що зірки раптово закінчуються в 50 000 світлових роках від центру нашої галактики. Отже, це кінець галактики. Ми не побачимо нічого серйозного, поки не відійдемо на 15 000 світлових років від цієї межі, Кільця Єдинорога, зірок, які розташовуються вище площині нашої галактики. Деякі вчені вважали, що ці зірки були відірвані від іншої галактики.

Однак новий аналіз даних в ході Sloan Digital Sky Survey показав, що Кільце Єдинорога по суті є частиною нашої галактики . Це означає, що Чумацький Шлях щонайменше на 50% більше, ніж ми думали - а діаметр нашої галактики збільшується зі 100 000-120 000 світлових років до 150 000-180 000 світлових років.

Дивлячись з Землі, ми не бачимо, що вони з'єднуються через провали в галактичному диску. Ця брижі схожа на концентричні кола, які розходяться від місця падіння каменя в воду. Хвиля піднімається і закриває вид океану, залишаються видні тільки більш високі хвилі. Так що, хоча наша точка зору була частково заблокована формою нашої галактики, ми побачили Кільце Єдинорога немов вершину високої хвилі.

Це відкриття змінює наше розуміння будови Чумацького Шляху.

«Ми виявили, що диск Чумацького Шляху - не просто диск зірок в одній площині, він гофровані, - каже Хайді Ньюберг з Наукової школи Ренсселера. - Ми бачимо щонайменше чотири западини в диску Чумацького Шляху. І оскільки ці чотири западини видно тільки з нашої точки зору, можна припустити, що подібна брижі є по всьому диску Чумацького Шляху ».

Вчені вважають, що ця брижі може бути викликана шматком темної матерії або карликової галактики, рассекшую Чумацький Шлях. Якщо ця теорія виявиться вірною, концентричні западини Чумацького Шляху допоможуть вченим проаналізувати розподіл темної матерії в нашій галактиці.

Гамма-променева сигнатура

До недавнього часу єдиним способом, за допомогою якого вчені могли виявити темну матерію, було спостереження його можливого гравітаційного впливу на інші космічні об'єкти. Проте вчені вважають, що гамма-промені могли б бути прямою вказівкою на те, що темна матерія ховається в нашому Всесвіті. Можливо, вони вже виявили першу гамма-променеву сигнатуру в Reticulum 2, недавно виявленої карликовій галактиці близько Чумацького Шляху.

Гамма-промені - це форма високоенергетичного електромагнітного випромінювання, що випускається з щільних центрів галактик. Якщо темна матерія дійсно складається з вімпів, частинки темної матерії можуть бути джерелом гамма-променів, що утворюються в процесі взаємної анігіляції вімпів при контакті. Проте гамма-промені також можуть виділятися іншими джерелами на зразок чорних дір і пульсарів. Якщо в процесі аналізу вийде відокремити одні джерела від інших, ми зможемо отримати гамма-промені темної матерії. Але це тільки теорія.

Вчені вважають, що в більшості карликових галактик бракує важливих джерел гамма-променів, на темну матерію може припадати 99%. Тому-то фізики з університетів Карнегі-Меллона, Брауна і Кембриджа розхвилювалися в зв'язку з отриманням гамма-променів з Reticulum 2.

«Гравітаційне виявлення темної матерії може сказати дуже небагато про поведінку частинок темної матерії, - каже Метью Уокер з Університету Карнегі-Меллона. - Тепер у нас є негравітаціонних виявлення, яке демонструє, що темна матерія поводиться як частинка, і це вкрай важливо ». Звичайно, залишається можливість, що це гамма-випромінювання прийшло з інших джерел, які поки не були визначені. Разом з тим Останнім виявлення дев'яти карликових галактик поруч з Чумацьким Шляхом дає вченим можливість для подальшого дослідження цієї теорії.

За матеріалами listverse.com