Egzotikus sötét anyag elméletek. Ha rajongod a világ legcsodálatosabb dolgait, akkor ez a cikk neked szól.
Világegyetem tartalmának nagy része olyan formában van, amely a fizika számára teljesen ismeretlen. Ez csak egy nyers tény, hogy valamennyien megszoknunk kell. Ha a kísértés azt gondolja, hogy ez csak valamifélekozmológiai probléma, egy olyan kérdés, amely csak a legszélesebb skálán merül fel, nos, akkor rossz híreim vannak neked. A kozmosz egyik titokzatos alkotóeleme - amennyire meg tudjuk mondani - az anyag egyfajta formája.
De nemcsak az anyag bármely formáját, különben már láthatnánk. Nem, azt gondoljuk, hogy ez egyfajtasötét ügy; az anyag, amely egyszerűen nem kölcsönhatásba lép a fényrel. Nincs kibocsátás. Nincs felszívódás. Nincs szórás. Semmi. És az a tény, hogy a sötét anyag létezik, nem lehethogy meglepő, igaz? Végül is, ki diktálta mindent az univerzumbankell kölcsönhatásba lépnek a fénnyel?
Senki sem tett, és itt vagyunk. Ha véletlenszerű galaxist nézünk, akkor a felgyulladó dolgok - csillagok, ködök stb. - csak egy kis részét képviselik a galaxis teljes tömegének. A „normál” anyag és a sötét anyag pontos aránya sok tényezőtől függ, például a galaxis kialakulásának előzményeitől. De általában minél kisebb a galaxis, annál inkább dominál a sötét anyag.
A legkisebb galaxisok, az úgynevezett törpe galaxisok, hasznos laboratóriumot biztosíthatnak a sötét anyag tanulmányozására. Ezekben a galaxisokban a sötét anyag szabadon csinálhatja azt, amit a sötét anyag csinál, anélkül, hogy a bosszantó, fényt kölcsönhatásba lépő anyag bármilyen módon bonyolítja a dolgokat. Ha a sötét anyag valami furcsa (jó, idegen, mint az egyszerűen létező), mint például a gyenge nukleáris erő révén kölcsönhatásba lép önmagával, vagy többféle egzotikus részecskéből áll, akkor minden hatás egy törpe galaxisban kifejezettebb lesz, mint valami hasonló a Tejút.
Ez mind nagyszerű és jó, kivéve a kis figyelmeztetést, hogy bár mindezen érdekes fizika a motorháztető alatt zajlik, nekünk nehéz látni. Mert sötét van.
A sok olyan dolog közül, amelyet nem értünk a sötét anyaggal kapcsolatban, az, hogy viselkedik a galaxisok magjában. A galaxis evolúciójának egyszerű szimulációja előrejelzi a „csúcspontnak” nevezett eseményeket - hihetetlenül nagy sűrűségű kemény anya, amely a galaxis egyébként krémes központjában ül. A megfigyelések azonban ezt nem jelentik ki: sok csillagnak lennie kell ahhoz, hogy az egész sötét anyag gravitációs hatását kövesse. És természetesen sok csillag található a galaxis közepén, de nemhogy sok.
Valaminek ki kell simítania a központi sötét anyagot. Ez lehet egzotikus interakció maga a sötét anyagban. Lehet, hogy hétköznapibb okok is, mint például a szupernóva szelek, amelyek robbantják ki a gázt. Lehet, hogy mindkettő, vagy egyik sem.
A csillagászokat nagyon, nagyon érdekli a galaxisok magjai, és különösen a törpe galaxisok, mert ott sok mindent megtudhatnak a sötét anyagról. És bonyolult, rendetlen fizikájuk ellenére továbbra is csillagokra és gázra van szükségünk a törpe galaxisok megfigyeléséhez, szonda vizsgálatához és tanulmányozásához, abban a reményben, hogy nyomon tudjuk követni a mögöttes sötét anyag viselkedését. A törpe galaxisok azonban messze vannak, homályosak és kicsik - és maguk még inkább.
Hogyan nézhetnénk bennük?
Szerencsére a galaxisokban több, mint csillag állampolgár. Fekete lyukak is vannak. Óriási szupermasszív a magukban és kisebb millió millió lebeg bennük. Hasznos lehet az a tény, hogy az óriás fekete lyukak hajlamosak összegyűlni a gazda galaxisuk magjában. Tehát talán - dolgozzon itt velem - ha valamilyen módon meg tudnánk vizsgálni a törpe galaxisok belsejében lévő fekete lyukak viselkedését, kaphatunk néhány utat a sötét anyag természetére.
De a fekete lyukak is fekete és nehéz látni. És kicsi. És messze. Szerencsére nem kell fekete lyukakat látnunk - hallhatjuk őket.
Amikor a fekete lyukak összeütköznek, az űrtartalmú szövetet annyira megrázkódtatják és torzítják, hogy hullámokat okozzanak, mint például a vízbe esett nehéz kőből kiszivárgó hullámok. Ezek a gravitációs hullámok az egész világűrben a fénysebességgel terjednek, mindig enyhén nyújtva és megszorítva az esetleges közbenső anyagokat. Valójában a testedet, amikor ezt olvassa el, úgy vontatják és nyomják, mint egy gitt darabot a Földön áthaladó számtalan gravitációs hullámtól.
Ezeket a gravitációs hullámokat őrülten nehéz felismerni, ezért az elsők, akik ezeket mérik, Nobel-díjat kaptak évtizedes hosszú erőfeszítéseikért, hogy zavaró fénynyalábot alkalmazzanak a finom jelzéshez.
A Föld felszínén található három gravitációs hullámmegfigyelő intézetünk azonban nem tud segíteni nekünk a fekete lyuk-belül-törpe-galaxis-tanulmányozás-sötét anyag problémában. Azok a fekete lyukak - más névenközepes tömegű fekete lyukak - túl kicsik ahhoz, hogy észlelhető jelet tegyenek itt a Tejút során, amikor összeolvadnak.
De egy gravitációs hullám-megfigyelőközpont az űrben képes lenne. A javasolt LISA küldetésnek (amely, mint gondolnád, a lézeres interferométer űrantennája áll) valószínűleg megfelelő érzékenységgel láthatja a közepes méretű fekete lyukak összeolvadásának jelét, akárcsak a törpe galaxisok szívében.
És egy olyan új cikk szerint, amelyet nemrégiben fogadtak el az Astrophysical Journal Letters-ben, amelyet Tomas Tomfal vezet a Zürichi Egyetemen, a sötét anyag különböző modelljei (és annak lehetséges kölcsönhatásai a normál fényt szerető anyaggal) befolyásolhatják, hogy milyen gyakran és milyen gyorsan a törpe galaxisok fekete lyukak összeolvadnak, amit a LISA választhat ki.
Ez egy körforgalom útja a sötét anyag megértéséhez, de egy ilyen bosszantó problémában ígéretes.
Bővebben: „A LISA fekete lyuk bináris formációja a törpe galaxisok összeolvadásakor: a sötét anyag lenyomata”
