Miből készül a sötét anyag? Ez a modern csillagászat egyik legmegdöbbentőbb kérdése. Tudjuk, hogy a sötét anyag ott van, mivel láthatjuk annak nyilvánvaló gravitációs hatását a galaxisoktól egész az univerzum evolúciójáig, de nem tudjuk, mi az jelentése. Legjobb gondolkodásunk az, hogy ez egyfajta furcsa új részecske, amely nem szeret nagyon gyakran beszélni a normál anyaggal (különben már láthatnánk). Az egyik lehetőség az, hogy ez egy egzotikus, hipotetikus részecske, axiónak nevezik, és egy csillagászok egy csoportja csak fekete lyukakat használ, hogy megpillanthassák ezt a furcsa új kozmikus kritikát.
Axion Agenda
Őszinte legyek veled, nem tudjuk, léteznek-e axiók. Úgy hozták létre őket, hogy megmagyarázzák a nagy energiájú fizika problémáját. Van egyfajta szimmetria a természetben, ahol ha véletlenszerű interakcióval vesz fel sok szubatomi részecskét, és mindenki elektromos töltését kikapcsolja az ellenkező jelre, és a folyamatot a tükörben futtatja, akkor pontosan ugyanazt az eredményt kapja. Ezt töltési és paritás-szimmetriának vagy röviden CP-szimmetrianak nevezzük.
Ez a szimmetria mindenütt fennáll a természetben, kivéve, amikor nem, mint például a gyenge nukleáris erő esetén, amely bármikor képes megsérteni ezt a szimmetriát.
Arra a következtetésre jutott, hogy az erõteljes nukleáris erõknek minden joggal ezt meg kell sérteniük. A matematikában vannak olyan kifejezések, amelyek nyilvánvalóan megtörik a CP-szimmetriát, mégsem látunk semmilyen szimmetria jelet az erős nukleáris erő hatására az egyik kísérletünkben. Tehát valamit kell folytatni ezen szimmetria helyreállításakor, amikor azt meg kellett szakítani.
A válasz - vagy legalább egy lehetséges válasz - egy új típusú részecske, úgynevezett axion. Az axió egy bizonyos típusú egyensúlyt állít vissza az erőben (igen, tisztában vagyok a Csillagok háborújának referenciájával), így megőrizhető a CP-szimmetria, és mindenki folytathatja a mindennapi életét. Természetesen a mai napig végzett kísérletek nem közvetlenül derítették fel az axion létezését, és létezik egy sor lehetséges tömeg és tulajdonság, amelyek az axionnak rendelkezhetnek.
Az axion lehetséges megengedett tömegeinek és tulajdonságainak tartományán belül valami figyelemre méltó történik. Ha sötét anyaggal akarjuk kitölteni az univerzumot, akkor ennek a sötét anyagnak bizonyos tulajdonságokkal kell rendelkeznie. Rendkívül gyakran nem léphet kölcsönhatásba a normál anyaggal, és nem is képes gyakran egymással kölcsönhatásba lépni. Ezenkívül soknak kell lennie, és nagyon stabilnak és hosszú élettartamúnak kell lennie. Kiderült, hogy a lehetséges axiális tulajdonságok egy része lehetővé teszi, hogy ez a hipotetikus részecske a sötét anyag jelöltje legyen.
A sötét tengelyek
Ha hagyjuk, hogy az axion a sötét anyag legyen, ez általában megmagyarázza az összes szokásos sötét anyag megfigyelést. Meg tudja magyarázni a galaxisok belső forgási görbéit. Meg tudja magyarázni a galaxisok mozgásait a galaxiscsoportokon belül. Megfelelő mennyiségben gyártható a korai világegyetemben, hogy megfeleljen a kozmikus mikrohullámú háttér megfigyeléseinek. Stb.
Ráadásul a galaxisok magjaiban lévő axiális tengelyek elég szorosan összefonódhatnak ahhoz, hogy egyetlen hatalmas gömböt képezzenek, amely elsőként elpirulna, mint egy szupermasszív fekete lyuk. Kicsi lenne, nem lépne kölcsönhatásba a fénygel, és hihetetlenül hatalmas. Míg az Event Horizon Telescope közelmúltbeli megfigyelései szó szerinti képet adtak egy óriási fekete lyukról egy másik galaxisban, ez nem jelenti szükségszerűen azt, hogy kizárjuk, hogy ezek az axionmagok továbbra is az Univerzum egész galaxisának mélyén rekednek. És ezekkel a lehetséges axionmagokkal képesek leszünk kezelni tulajdonságaikat.
A fekete lyukak a kulcs
Az Event Horizon teleszkóp mellett nincs közvetlen megfigyelés a szupermasszív fekete lyukakról. Csak azt az anyagot láthatjuk, amely körülöttük örvénylő és ráncos. És az anyag tulajdonságai alapján megbecsülhetjük a fekete lyukak méretét és tömegét. Ezekkel a technikákkal az évtizedek során egy nagyon furcsa kapcsolatot fedeztünk fel: a hatalmas galaxisok hatalmasabb fekete lyukakat tárolnak központjaikban. Ez a kapcsolat valójában viszonylag szoros, és azt mondja nekünk, hogy a fekete lyukak valamilyen módon együtt fejlődtek ki a gazda galaxisukkal.
De ahogy mondtam, nem figyelhetjük meg közvetlenül a fekete lyukakat. Tehát valószínűleg egyáltalán nem lennének fekete lyukak. Lehet, hogy axiális magok rejtőznek e galaxisok központjában. Ha ez a helyzet, akkor nem az, hogy a fekete lyukak együtt fejlődtek a gazda galaxisukkal, hanem az, hogy az axion magok együtt fejlődtek a gazda galaxisokkal. Minél nagyobb a galaxis, annál több axiális sötét anyagot képes tárolni, és annál nagyobb az axióma középen.
Ez azt jelenti, hogy a központi sötét tárgy (akár fekete lyuk, akár axionmag) és maga a galaxis kapcsolatát használhatjuk az axiók tulajdonságainak korlátozására. Ez azért működik, mert ha elkezdesz játszani az axion részecskék tömegével, akkor ez befolyásolja, hogy mennyire könnyedén fel tudsz csoportosulni, hogy magot képezzen, amely megváltoztatja a kapcsolatot a gazda galaxismal.
A csillagászok egy csoportja a közelmúltban alkalmazta a fekete lyukak és a galaxisok kapcsolatát, hogy pontosan ezt csinálják, és képesek voltak bizonyos felső határokat meghatározni az axion részecskék tömegére, ami elősegíti a jövőbeli kísérletek és a közvetlen kutatások irányítását. Az axion felelős a sötét anyagért az univerzumban? Remélhetőleg valamikor megvilágíthatjuk a helyzetet.
Bővebben: „Axiális mag - halogén tömeg és a fekete lyuk – halogén tömeg reláció: korlátozások néhány páros skálán”
