Εξωτικές θεωρίες σκοτεινής ύλης. Εάν είστε οπαδός όλων των τρομερότερων πραγμάτων στο σύμπαν, τότε αυτό το άρθρο είναι για εσάς.
Τα περισσότερα από τα περιεχόμενα του σύμπαντός μας είναι εντελώς άγνωστα για τη φυσική. Αυτό είναι απλό γεγονός ότι όλοι θα πρέπει να συνηθίσουμε. Αν μπείτε στον πειρασμό να σκεφτείτε ότι είναι κάπωςκοσμολογικός πρόβλημα, ένα ζήτημα που προκύπτει μόνο στις πολύ μεγαλύτερες κλίμακες, τότε έχω άσχημα νέα για εσάς. Ένα από αυτά τα μυστηριώδη συστατικά του κόσμου είναι - όσο μπορούμε να πούμε - μια μορφή ύλης.
Όχι όμως οποιαδήποτε μορφή ύλης, διαφορετικά θα το είχαμε δει τώρα. Όχι, πιστεύουμε ότι είναι ένα είδοςσκοτάδι ύλη; θέμα που απλά δεν αλληλεπιδρά με το φως. Χωρίς εκπομπές. Χωρίς απορρόφηση. Χωρίς σκέδαση. Τίποτα. Και το γεγονός ότι υπάρχει σκοτεινή ύλη δεν πρέπει να είναιότι εκπληκτικό, έτσι; Σε τελική ανάλυση, ποιος υπαγόρευσε ότι όλα στο σύμπανπρέπει αλληλεπιδρά με το φως;
Κανείς δεν έκανε, και έτσι είμαστε. Αν κοιτάξετε έναν τυχαίο γαλαξία, τα πράγματα που ανάβουν - αστέρια, νεφελώματα κ.λπ. - αντιπροσωπεύουν μόνο ένα μικρό κλάσμα της συνολικής ποσότητας μάζας σε αυτόν τον γαλαξία. Η ακριβής αναλογία μεταξύ της «κανονικής» ύλης και της σκοτεινής ύλης εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως το ιστορικό σχηματισμού του γαλαξία. Αλλά γενικά, όσο μικρότερος είναι ο γαλαξίας, τόσο περισσότερο κυριαρχείται από τη σκοτεινή ύλη.
Οι μικρότεροι γαλαξίες, γνωστοί ως νάνοι γαλαξίες, θα μπορούσαν να προσφέρουν ένα πρακτικό εργαστήριο για τη μελέτη της σκοτεινής ύλης. Σε αυτούς τους γαλαξίες, η σκοτεινή ύλη είναι ελεύθερη να κάνει ό, τι κάνει η σκοτεινή ύλη χωρίς καμία από εκείνη την ενοχλητική φως που αλληλεπιδρά με το φως για να περιπλέξει πραγματικά τα πράγματα. Εάν η σκοτεινή ύλη κάνει κάτι παράξενο (καλά, πιο ξένο από το απλώς υπάρχον), όπως αλληλεπιδρά με τον εαυτό του μέσω της αδύναμης πυρηνικής δύναμης, ή αποτελείται από πολλά είδη εξωτικών σωματιδίων, τότε τυχόν αποτελέσματα θα γίνουν πιο έντονα σε έναν νάνο γαλαξία από κάτι σαν ο γαλαξίας.
Όλα αυτά είναι υπέροχα και καλά, εκτός από τη μικρή προειδοποίηση ότι ενώ όλη αυτή η ενδιαφέρουσα φυσική συμβαίνει κάτω από την κουκούλα, είναι δύσκολο για εμάς να το δούμε. Επειδή είναι σκοτεινό.
Ένα από τα πολλά πράγματα που δεν καταλαβαίνουμε για τη σκοτεινή ύλη είναι πώς συμπεριφέρεται στους πυρήνες των γαλαξιών. Οι απλές προσομοιώσεις της εξέλιξης του γαλαξία προβλέπουν κάτι που ονομάζεται "cusp" - ένα σκληρό παξιμάδι απίστευτα υψηλής πυκνότητας που κάθεται στο κατά τα άλλα κρεμώδες κέντρο ενός γαλαξία. Όμως οι παρατηρήσεις δεν το ξεκαθαρίζουν: θα πρέπει να υπάρχουν πολλά αστέρια μετά τη βαρυτική επίδραση όλης αυτής της σκοτεινής ύλης. Και σίγουρα υπάρχουν πολλά αστέρια στο κέντρο ενός γαλαξία, αλλά όχιότι Πολλά.
Κάτι πρέπει να εξομαλύνει την κεντρική σκοτεινή ύλη. Θα μπορούσε να είναι εξωτικές αλληλεπιδράσεις στην ίδια τη σκοτεινή ύλη. Θα μπορούσε να είναι πιο συνηθισμένες αιτίες όπως οι άνεμοι σουπερνόβα που εκρήγνυται το αέριο. Θα μπορούσε να είναι και τα δύο, ή και τα δύο.
Οι αστρονόμοι ενδιαφέρονται πολύ, πολύ για τους πυρήνες των γαλαξιών, και ιδιαίτερα για τους νάνους γαλαξίες, γιατί εκεί μπορούν δυνητικά να μάθουν πολλά για τη σκοτεινή ύλη. Και παρά την περίπλοκη, ακατάστατη φυσική τους, χρειαζόμαστε ακόμη αστέρια και αέριο για να παρατηρήσουμε, να διερευνήσουμε και να μελετήσουμε τους νάνους γαλαξίες, ελπίζοντας ότι μπορούμε να εντοπίσουμε τη συμπεριφορά της υποκείμενης σκοτεινής ύλης. Αλλά οι νάνοι γαλαξίες είναι πολύ μακριά, σκοτεινοί και μικροί - και οι πυρήνες τους ακόμη περισσότερο.
Πώς θα μπορούσαμε να κοιτάξουμε μέσα τους;
Ευτυχώς, οι γαλαξίες έχουν περισσότερους από αστρικούς πολίτες. Έχουν επίσης μαύρες τρύπες. Γιγαντιαία υπερμεγέθη στον πυρήνα τους και εκατομμύρια μικρότερα που αιωρούνται μέσα τους. Και το γεγονός ότι οι γιγαντιαίες μαύρες τρύπες τείνουν να συσσωρεύονται στους πυρήνες των γαλαξιών ξενιστή τους μπορεί να είναι χρήσιμο. Ίσως λοιπόν - δουλέψτε μαζί μου εδώ - αν μπορούσαμε κάπως να μελετήσουμε τη συμπεριφορά των μαύρων τρυπών μέσα στους νάνους γαλαξίες, θα μπορούσαμε να πάρουμε κάποιες ενδείξεις για τη φύση της σκοτεινής ύλης.
Αλλά οι μαύρες τρύπες είναι επίσης μαύρες και δυσδιάκριτες. Και μικρό. Και πολύ μακριά. Ευτυχώς, δεν χρειάζεται να δούμε μαύρες τρύπες - μπορούμε να τις ακούσουμε.
Όταν συγκρούονται οι μαύρες τρύπες, τσακώνουν και παραμορφώνουν το ύφασμα του χωροχρόνου τόσο που προκαλούν κύματα, όπως κυματισμοί που απλώνονται από μια βαριά πέτρα που πέφτει στο νερό. Αυτά τα κύματα της βαρύτητας εξαπλώθηκαν σε όλο το διάστημα με την ταχύτητα του φωτός, τεντώνοντας συνεχώς και συμπιέζοντας οποιαδήποτε παρεμβαλλόμενη ύλη καθώς πλένονται. Στην πραγματικότητα, το σώμα σας, όπως το διαβάζετε, σύρεται και πιέζεται σαν ένα κομμάτι στόκου από τα αναρίθμητα βαρυτικά κύματα που διέρχονται από τη Γη.
Αυτά τα κύματα βαρύτητας είναι εξαιρετικά δύσκολο να εντοπιστούν, γι 'αυτό και οι πρώτοι άνθρωποι που τα μετρούν έλαβαν κάποια βραβεία Νόμπελ για την προσπάθειά τους για δεκαετίες να χρησιμοποιήσουν παρεμβαλλόμενες ακτίνες φωτός για να συλλάβουν το λεπτό σήμα.
Όμως, τα τρία παρατηρητήρια βαρυτικών κυμάτων στην επιφάνεια της Γης δεν μπορούν να μας βοηθήσουν με το πρόβλημα με τη μαύρη τρύπα-μέσα-νάνος-γαλαξία-προς-μελέτη-σκοτεινή ύλη. Αυτές οι μαύρες τρύπες - γνωστές ωςμαύρες τρύπες ενδιάμεσης μάζας - είναι πολύ μικρά για να κάνουν ένα ανιχνεύσιμο σήμα εδώ στον Γαλαξία όταν συγχωνεύονται.
Αλλά ένα παρατηρητήριο βαρυτικών κυμάτων στο διάστημα θα μπορούσε. Η προτεινόμενη αποστολή LISA (που σημαίνει, όπως θα μαντέψατε, η κεραία λέιζερ Interferometer Space Antena) μπορεί να έχει τη σωστή ευαισθησία για να δει το σήμα συγχώνευσης μεσαίου μεγέθους μαύρων οπών, όπως αυτές που βρίσκονται στις καρδιές των νάνων γαλαξιών.
Και σύμφωνα με ένα νέο έγγραφο που έγινε πρόσφατα αποδεκτό από το Astrophysical Journal Letters με επικεφαλής τον Tomas Tomfal του Πανεπιστημίου της Ζυρίχης, διαφορετικά μοντέλα σκοτεινής ύλης (και οι πιθανές αλληλεπιδράσεις της με το κανονικό είδος της ύλης που αγαπά το φως) μπορούν να επηρεάσουν πόσο συχνά και πόσο γρήγορα οι μαύρες τρύπες στους νάνους γαλαξίες συγχωνεύονται, κάτι που είναι πιθανό να διαχωρίσει η LISA.
Είναι ένας κυκλικός δρόμος για την κατανόηση της σκοτεινής ύλης, αλλά σε ένα πρόβλημα τόσο ενοχλητικό όπως αυτό, είναι πολλά υποσχόμενο.
Διαβάστε περισσότερα: «Σχηματισμός των δυαδικών δυαδικών τρυπών της LISA στους συγχωνεύοντες γαλαξίες νάνων: η αποτύπωση του σκοτεινού υλικού»
