Csak a komplex, hogy a sötét anyag, és hol találja meg

Elméleti konstrukció a fizika úgynevezett Standard Modell leírja a kölcsönhatások az összes ismert elemi részecskék. De ez csak 5% -át a meglévő anyag az Univerzumban, és a fennmaradó 95% teljesen ismeretlen természetű. Mi ez a hipotetikus sötét anyag és hogyan tudósok próbálnak felismerni azt? Ez volt keretén belül különleges projekt „Fiztekh. Reader „mondja Hayk Hakobyan, MIPT hallgatói és dolgozói a szervezeti egység a fizika és asztrofizika.

A standard modell az elemi részecskék, végül megerősítette felfedezésükkor Higgs, leírja az alapvető kölcsönhatások (elektrogyenge és erős) az ismert, szokásos részecskék: leptonok, túró és vektorok interakció (bozonok és a gluonok). Azonban kiderül, hogy mindez hatalmas komplexum elmélete leírja csak mintegy 5-6% -a számít, mivel a többi ezt a modellt nem fér el. Megfigyelések a legkorábbi pillanat az élet a Világegyetem azt mutatja, hogy mintegy 95% -a az ügyet, ami körülvesz minket, teljesen ismeretlen természetű. Más szóval, azt közvetve látni jelenlétét a sötét anyag, mert a gravitációs hatása, hanem közvetlenül fogni, amíg sikerül. Ez a jelenség a rejtett tömeg érkezett a kód neve „sötét anyag”.

A modern tudomány, különösen a kozmológia, működik a deduktív módszer Sherlock Holmes

Kísérletezni LUX. ahol a tudósok megpróbálták egy medence tele 400 kg folyékony xenon, elkapni a sötét anyag részecskék - Wimps, gyengén kölcsönható részecskék hatalmas - nem lett semmi előnyét. Ez most készül indítani egy új kísérlet - Darwin, ahol azt tervezi, hogy egy 25 tonnás súlya xenon kimutatására nyúlbéla (lásd 1. ábra ..). Másrészt, ADMX kísérletet. melynek célja, más (sokszor több, mint a tüdő súlya) jelöltek a sötét anyag, a feltételezett axion is nem adott eredményt.

Szerelési kísérletek LUX (balra) és ADMX (jobbra)

Ennek eredményeként ez a csend keletkezik detektorok teljesen természetes kérdés, hogy miért keresünk ezek a részecskék, miért nem valami mást? Miért van ez a tömeg nem tudja elrejteni a többi részecske általunk ismert, vagy tárgyakat? Lehet, hogy mi minden megy tovább a kód neve, azaz nem lenne, hogy nincs sötét anyag és egyáltalán nem, csak egy elmélet a gravitáció nem működik, és nem működik ilyen mértékű? Hogy a tudósok is olyan biztos magában?

Az a tény, hogy a modern tudomány, különösen a területén a kozmológia, működik a deduktív módszer Sherlock Holmes. Kezdetben ez lehet egy nagy szám a valószínű és valószínűtlen, a közös és egzotikus, illeszkedik a modern elmélet és ellentétes a hipotézisek, mely egy jelenség. Azonban objektív bíró, szitál az összes lehetőséget lehetetlen feltételezés, hogy ez a legegyszerűbb megfigyelés és a kísérlet. Betartása megfigyelések - az alapvető kritériumokat, amelyeknek meg kell felelnie minden tudományos elmélet. Más szóval, ha nem veszik figyelembe az lehetetlen feltételezés, hogy a többi, nem számít, milyen paradox és hihetetlen, mint volt, és ez igaz. Science munkák, hogyan a vizsgálat a bűnözés, ahol minden bizonyíték, és a gyanúsítottak alibije döntő súlya. Itt szeretnék most beszélni ezekről átszitált hipotézisek megmagyarázni, hogy miért ilyen hosszú és költséges keresést nyúlbéla és axion alatt egy nagyon szilárd alapot.

Az első megfigyelések vagy tetthelyre

Ez az első alkalom egy furcsa jelenség felfedezett amerikai csillagász Zwicky 1933. Azt vizsgálták a galaxishalmaz Coma (Bereniké), és talált egy furcsa ellentmondás. Az a tény, hogy a tömeg a galaxis kétféleképpen mérjük. Az első esetben, akkor egyszerűen számolni a galaxisok a fürt, megbecsülni a súlya kb csillagszám (tudni kell a tömege egyenként), és egyszerűen vegye fel a tömeget az összes galaxis. Megfordult 1013 (a naptömeg). A második esetben azt lehet mérni a sebességet a galaxisok: minél nagyobb a sebesség, annál nagyobb a gravitációs erő hat a galaxist, és annál nagyobb a teljes tömege a klaszter. Így lehetséges, ismét bizonyos pontossággal megbecsülni a tömeg a klaszter, és ez alkalommal a Zwicky kapott 5 × 1014, amely 50-szer nagyobb.

Suspect №1: csillagközi port / gáz

Ez az eltérés abban az időben nem okozott nagy rezonancia a tudományos világban, mivel a megfigyelések alapvetően nagyon kicsi, és ennek megfelelően nincs elég információ a csillagközi por, gáz, törpe csillag. Akkor úgy gondolták, hogy ez a plusz súly elrejteni őket.

A munkáját 1970-ben Vera Rubin és Kent Ford vizsgálták Andromeda függését a sebessége a csillagok a saját távolságra a galaktikus központ (az úgynevezett rotációs görbe). Mivel a nagy részét a csillagok közelében koncentrálódnak a galaxis középpontja, logikus feltételezni, hogy minél távolabb a központtól a csillag, annál kisebb legyen a gravitációs erő hat rá, és a kisebb legyen a sebesség. Azonban kiderült, hogy a csillagok a periférián egy ilyen törvény nem teljesül, és a görbe állandó értéket ér el (lásd. Ábra. 2).

rotációs görbéje az Androméda-galaxis (egy cikket V. Rubin, Kent Ford Jr. 1970)

Ez azt jelentette, hogy a nagy részét, amely érinti a forgatás a csillag, nem csak rejtve van előlünk. Ez oszlik fel a periférián, és talán még tovább. Később hasonló görbéket különböző galaxisok teljesen ugyanazt az eredményt. Sok elliptikus galaxisok, ezek görbéket nem csak nem fog esni, hanem növelte, vagyis a távolabbi csillag volt a központtól, annál nagyobb volt a sebessége. Kiderült, hogy a legtöbb tömeget (átlagosan 90%) nem fekszik a csillagok és a rejtett tömeg eloszlik távoli terület galaktikus korongban a gömb alakú halo (lásd. Ábra. 3). (Halo - optikai jelenség világító gyűrű a tárgy körül - a fényforrás -. Ed.).

Hasonlítsuk össze a terület rejtett tömeg és a méret a galaxis

Csillagközi por és gáz felhők most nem tudta megmagyarázni a jelenlétét rejtett tömeg. Az a tény, hogy a egyébként, és a port, és a gáz olyan belső interakció: a súrlódás következtében kibocsátási por részecskék vagy gázmolekulák elveszítené energiatároló fokozatosan a perifériáról a központba. Ennek eredményeként, akkor nem lett volna egy hatalmas halogén messze túlmutató a galaxist, és az anyag felhalmozódását a központban. Ezért, a hipotézist cáfolja az a jellege gáz és por.

Suspect №2: gyengén sugárzó asztrofizikai objektumok

Miután az egyszerűség a nyilvánvaló hipotézis az volt, hogy a rejtett része a tömeg lehet megkötni kérdése jól ismert asztrofizikai objektumok (angol MACHO -. Masszív asztrofizikai kompakt halo tárgy), mint a gyenge vagy holt csillagok, fehér, barna törpék, neutroncsillagok, fekete lyuk, vagy hatalmas Jupiter-szerű bolygó. ezeket a tárgyakat nem lehet látni a távcsövet, és nagy valószínűséggel, így sokan, mert a kicsi és gyenge fényerő, hogy rendelkezésre álljanak a hiányzó tömeg.

Amikor a kis világító nagytömegű objektum áthalad a látómezejében, látunk egy tárgyat mögött található, így egy csillag világosabb lesz, mert a gravitációs lencsézésnek fény (lásd. Ábra. 4). Ezt a jelenséget nevezzük gravitációs mikrolencse. A jelenléte az ilyen MACHO kellett volna vezetnie a nagyszámú microlensing eseményeket. Azonban megfigyelések az orbitális teleszkóp Hubble azt mutatták, hogy az ilyen események rendkívül kicsi, és ha az ilyen tárgyak MACHO van, tömegük 20% -nál kisebb a tömeg a galaxisok, de nem 95%.

Csillagok microlensing tárgy MACHO

Mi több, ezek cáfolatok később alátámasztani észrevételeit a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás. Az a tény, hogy ezek a megfigyelések egyértelműen korlátozza a száma barionok (protonok, neutronok, és minden, hogy épül fel a kvarkok), amely megszülethetett volna a korai univerzumban során nukleoszintézis (képződését atommagok - Ed ...). Különösen azt mondja, hogy ez a kérdés baryonic (összes világító csillagok, gáz- és porfelhők) - ez a legalább többségi összes baryonic számít az univerzumban, és ezért rejtett súly nem áll barionok .

Suspect №3: módosított elméletek

Vissza a történet elején: mi van, ha bármilyen további súlya nem? Mi lenne, ha csak egy kicsit más üzemi gravitáció elmélete, vagy Newton-törvények?

A kezdet kezdetén, azt mondta, hogy minél nagyobb a gravitációs erő hat egy tárgy (ebben az esetben - egy galaxis vagy egy csillag), annál nagyobb a gyorsulás (Newton), és ennek megfelelően a sebességet, mint a centripetális gyorsulás négyzetével arányos a sebesség. De mi van, ha a megfelelő Newton? 1983-ban egy izraeli fizikus Mordechai Milgrom javasolt hipotézis MOND (Módosított newtoni dinamika), amelyben Newton némileg korrigált az esetet, amikor a gyorsulás elég kicsik (10-8 cm / s2).

Ezt a megközelítést jól magyarázható forgatás görbék Rubin és a Ford, és egyre nagyobb a forgási görbék elliptikus galaxisok. Azonban a sötét anyag galaxisok, ahol a sebesség sokkal gyorsulás egyes csillagok, MOND nem módosították, és az a kérdés maradt nyitva. Tovább megközelítést javasol számos próbálkozást, hogy módosítsa a gravitáció elméletét. Most van egy széles osztályára elméletek úgynevezett paraméteres poszt-newtoni formalizmus, ahol minden egyes elmélet írja le saját, 10 standard paraméterek megmagyarázni az eltérés a normál gravitáció.

Néhány ilyen elméletek valóban megszünteti a problémát a rejtett tömeg, de más problémákhoz is vezethet. Például, egy masszív fotonok vagy kromaticitás gravitációs lencsét (attól függően, hogy a frekvencia eltérés a fény), ami persze, nem támogatja a megfigyelések. Mindenesetre, ezek közül egyik sem elméletek még nem erősítették meg észrevételeit. Így az összes lehetséges hipotézis, hogy csak egy lehetséges (bár kezdetben egzotikus), nem mond ellent a kísérlet: a sötét anyag - valamilyen nem baryonic részecskék természet (azaz nem áll a kvarkok). Az ilyen jelöltek elméletben, sok (lásd 5. ábra ..), de vannak osztva két fő csoportra - meleg és hideg sötét anyag.

Jelöltek a szerepe a sötét anyag, rendezve súlya (egy cikket V. Trimble, 1987)

Suspect №4 meleg sötét anyag

Hot sötét anyag - egy könnyű részecskék sebességgel haladó közel fénysebességgel. A legnyilvánvalóbb jelölt erre a szerepre a legtöbb hétköznapi neutrínók. Ezek a részecskék csak nagyon kis tömegű (korábban úgy vélték, hogy a súlyuk nulla), születnek a belső csillagok különböző fúziós folyamatok és repülni szinte bármi mást interakció nélkül. Azonban kiderült, hogy a számos neutrínók, amelyek már az univerzum sötét anyag megmagyarázni, hogy szükség van súlyuk körülbelül 10 elektronvolttal. A kísérletek azonban korlátozza neutrínó tömegének felülről töredékére eV, ami százszor kisebb.

Miután az elutasítás a rendes neutrínók megjelent az elmélet az úgynevezett steril neutrínók - hipotetikus részecskék felmerülő az elmélet Superweak kölcsönhatások. Azonban az ilyen részecskék kísérletek még nem találtak, és a létezésük ténye már kérdéses. Kozmológiai megfigyelések az elmúlt évek tapasztalatai azt mutatják, hogy ha a forró sötét anyag, ez nem több, mint 10% -a sötét anyag. Az a tény, hogy a különböző típusú sötét anyag biztosítja a különböző forgatókönyvek galaxis kialakulását (lásd. Ábra. 6.).

A forgatókönyv a forró sötét anyag (top-down) eredményeként az evolúció első alakító nagy mennyiségű anyag, amely aztán összeomlik külön kis méretű klaszterek és végül pedig a galaxisok. A forgatókönyv CDM (alulról felfelé) első kis csoportokat alkotnak és törpegalaxisok, amelyeket azután öszekapcsolódik nagyobbak. A megfigyelések és a számítógépes szimulációk azt mutatják, hogy a világegyetem valósul pontosan a forgatókönyvet, amely jelzi, többségében hideg sötét anyag.

Top - script top-down (meleg sötét anyag), az alsó - a forgatókönyv lentről felfelé (hideg sötét anyag)

Suspect №5: hideg sötét anyag

Most a fő jelölt a csoport WISP axion eredő erős kölcsönhatás elmélet és amelynek nagyon kicsi tömeget. Az ilyen részecskék képesek a nagy mágneses terek alakulnak a foton-foton pár, amely tippeket ad, hogyan lehet próbálni, hogy megtalálja őt. A ADMX kísérlet nagy kamrában, ahol a mágneses mező 80.000 gauss (ez 100.000-szer nagyobb, mint a mágneses tér a Föld). Egy ilyen mező elméletileg kellene növelni a bomlás a axion a foton-foton pár, akik elkapni detektorok. Annak ellenére, hogy számos kísérlet, amíg a lelete nyúlbéla, axions, vagy steril neutrínók nem sikerült.

Így utaztunk keresztül egy csomó különböző hipotéziseket igyekszik megmagyarázni a furcsa létezése a sötét anyag, és hátravetette megfigyelésével lehetetlen, jött több lehetséges hipotézis, amely már működik.

A negatív eredmények a tudomány - annak is a következménye, mivel ez biztosítja a határt a különböző paraméterek részecskék, például kigyomlálja a lehetséges tömegek. Évről évre egyre több megfigyelések és kísérletek gyorsıtóberendezésben olyan új, szigorúbb korlátozásokat a súly és egyéb paraméterek a sötét anyag részecskék. Így, kidobták az összes lehetetlen választásokat, és szűkülő körét keresési vagyunk napról napra egyre közelebb értem, amit az, hogy 95% -a számít az univerzumban.

Ne hagyja ki a következő előadás