Uzayda görünmez "karanlık madde", galaksileri gelişmeye zorluyor

2024 Yazar: Seth Attwood | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-16 16:18

Karanlık maddenin gizemi ne kadar uzun süre çözülmeden kalırsa, önceki Evrenden dev kara deliklerin mirasına dair en yeni fikir de dahil olmak üzere, doğası hakkında daha egzotik hipotezler ortaya çıkıyor.

Bir şeyin var olduğunu bilmek için onu görmek gerekli değildir. Bir zamanlar, Uranüs'ün hareketi üzerindeki yerçekimi etkisine göre, Neptün ve Plüton keşfedildi ve bugün güneş sisteminin uzak eteklerinde varsayımsal bir Gezegen X için bir araştırma yapılıyor. Peki ya Evrenin her yerinde böyle bir etki bulursak? Örneğin galaksileri ele alalım. Galaktik disk dönerse, artan yörünge ile yıldızların hızının azalması gerektiği anlaşılıyor. Bu, örneğin, güneş sisteminin gezegenleri için geçerlidir: Dünya, Güneş'in etrafında 29.8 km / s'de ve Pluto - 4.7 km / s'de koşar. Ancak, daha 1930'larda, Andromeda Bulutsusu'nun gözlemleri, yıldızlarının dönüş hızının, çevrede ne kadar uzakta olurlarsa olsunlar, neredeyse sabit kaldığını gösterdi. Bu durum galaksiler için tipiktir ve diğer nedenlerin yanı sıra karanlık madde kavramının ortaya çıkmasına neden olmuştur.

sorunlar karnavalı

Onu doğrudan görmediğimize inanılıyor: bu gizemli madde, fotonları yaymadığı veya emmediği de dahil olmak üzere, sıradan parçacıklarla pratik olarak etkileşime girmez, ancak bunu diğer cisimler üzerindeki yerçekimi etkisiyle fark edebiliriz. Yıldızların ve gaz bulutlarının hareketlerinin gözlemleri, Samanyolu diskini çevreleyen karanlık madde halesinin ayrıntılı haritalarını derlemeyi mümkün kılar ve galaksilerin, kümelerin ve tüm büyük ölçekli evrenin evriminde oynadığı önemli rolden bahseder. Evrenin yapısı. Ancak, daha fazla zorluk başlar. Bu gizemli karanlık madde nedir? Nelerden oluşur ve parçacıklarının özellikleri nelerdir?

Uzun yıllar boyunca, WIMP'ler bu rol için ana adaylar oldular - yerçekimi dışında herhangi bir etkileşime katılamayan varsayımsal parçacıklar. Bunları hem sıradan maddeyle ender etkileşimlerin ürünleriyle dolaylı olarak hem de Büyük Hadron Çarpıştırıcısı da dahil olmak üzere güçlü araçlar kullanarak doğrudan tespit etmeye çalışıyorlar. Ne yazık ki, her iki durumda da sonuç yok.

Frankfurt Üniversitesi'nde profesör olan Sabine Hossenfelder, “LHC'nin yalnızca Higgs bozonunu bulduğu ve başka hiçbir şey bulamadığı senaryoya bir nedenle 'kabus senaryosu' deniyor” diyor. "Yeni fiziğe dair hiçbir işaretin bulunmaması, bana açık bir işaret olarak hizmet ediyor: burada bir şeyler yanlış." Diğer bilim adamları da bu sinyali aldı. LHC ve diğer enstrümanlar kullanılarak karanlık madde izlerinin araştırılmasının olumsuz sonuçlarının yayınlanmasından sonra, doğası hakkında alternatif hipotezlere olan ilgi açıkça artmaktadır. Ve bu çözümlerden bazıları Brezilya karnavalından bile daha egzotik görünüyor.

sayısız delik

Ya WIMP'ler yoksa? Karanlık madde göremediğimiz bir maddeyse, ancak yerçekiminin etkilerini görüyoruz, o zaman belki bunlar sadece kara deliklerdir? Teorik olarak, Evrenin evriminin en erken aşamalarında, ölü dev yıldızlardan değil, akkor uzayı dolduran süper yoğun ve sıcak maddenin çökmesinin bir sonucu olarak çok sayıda oluşmuş olabilirler. Bir sorun: Şimdiye kadar tek bir ilkel kara delik bulunamadı ve bunların var olup olmadığı kesin olarak bilinmiyor. Bununla birlikte, Evrende bu rol için uygun olan yeterince başka kara delik vardır.

Uzak uzay sondası Voyager 1'in gözlemleri, mikroskobik boyuttaki ilkel kara deliklerin görünümünü gösterebilecek herhangi bir Hawking radyasyonu izini ortaya çıkarmadı. Ancak bu, daha büyük benzer nesnelerin varlığını dışlamaz.2015'ten bu yana, LIGO interferometresi şimdiden 11 yerçekimi dalgası kaydetti ve bunlardan 10'una onlarca güneş kütlesi kütleli kara delik çiftlerinin birleşmesinden kaynaklandı. Bu kendi içinde son derece beklenmedik bir durumdur, çünkü bu tür nesneler süpernova patlamalarının bir sonucu olarak oluşur ve ölen yıldız bu süreçte kütlesinin çoğunu kaybeder. Birleştirilmiş deliklerin öncülerinin, Evrende uzun süre doğmaması gereken, gerçekten siklopean büyüklükteki yıldızlar olduğu ortaya çıktı. Bir diğer sorun da ikili sistemlerin onlar tarafından oluşturulmasıdır. Bir süpernova patlaması o kadar güçlü bir olaydır ki yakındaki herhangi bir nesne çok uzağa fırlatılır. Başka bir deyişle, LIGO, görünümleri bir sır olarak kalan nesnelerden yerçekimi dalgaları tespit etti.

2018'in sonunda, Greenwich Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nün astrofizikçisi Nikolai Gorkavy ve Nobel ödüllü John Mather, bu tür nesnelere yaklaştı. Hesaplamaları, onlarca güneş kütlesi kütlesine sahip kara deliklerin, gözlem için pratik olarak görünmez kalacak ve aynı zamanda, galaksilerin yapısında ve hareketinde tüm karakteristik anormallikleri yaratacak bir galaktik hale ekleyebileceğini gösterdi. Öyle görünüyor ki, galaksinin uzak çevresinde, gerekli sayıda bu kadar büyük karadelikten nereden geliyor? Sonuçta, büyük yıldızların büyük çoğunluğu merkeze daha yakın doğuyor ve ölüyor. Gorkavy ve Mather'in verdiği cevap neredeyse inanılmaz: bu kara delikler "gelmedi", bir anlamda Evrenin en başından beri her zaman var oldular. Bunlar, dünyanın sonsuz bir genişleme ve daralma dizisinde önceki döngünün kalıntılarıdır.

Düz çizgi, galaksinin merkezinde dönen yıldızların ve gazın gerçek yörünge hızını gösterir; noktalı - karanlık maddenin etkisinin yokluğunda bekleniyor.

yeniden doğuşun kalıntıları

Genel olarak, Büyük Sıçrama, kozmosun evrimine ilişkin diğer birçok hipotezle eşit düzeyde var olan, kanıtlanmamış olsa da kozmolojide yeni bir model değildir. Evrenin yaşamında, genişleme dönemlerinin gerçekten de büzülme, "Büyük Çöküş" - ve yeni bir sıçrama-patlama, gelecek neslin dünyasının doğuşu ile yer değiştirmesi mümkündür. Bununla birlikte, yeni modelde, bu döngüler, hem karanlık madde hem de karanlık enerji olarak hareket eden kara delikler tarafından yürütülüyor - Evrenimizin hızlandırılmış genişlemesine neden olan gizemli bir madde veya kuvvet.

Maddeyi emerek ve birbirleriyle birleşerek, kara deliklerin Evrenin toplam kütlesinin giderek daha fazlasını biriktirebileceği varsayılmaktadır. Bu, genişlemesinde bir yavaşlamaya ve ardından daralmaya yol açmalıdır. Öte yandan, kara delikler birleştiğinde kütlelerinin önemli bir kısmı yerçekimi dalgalarının enerjisiyle kaybolur. Bu nedenle, ortaya çıkan delik önceki terimlerinin toplamından daha hafif olacaktır (örneğin, LIGO tarafından kaydedilen ilk yerçekimi dalgası, 36 ve 29 güneş kütleli kara deliklerin "sadece" kütleli bir delik oluşumu ile birleştiğinde doğdu. " 62 güneş kütlesi). Böylece Evren de kütle kaybedebilir, büzüşebilir ve en büyüklerinden biri - merkezi olan da dahil olmak üzere daha büyük kara deliklerle dolabilir.

Son olarak, uzun bir dizi karadelik birleşmesinden sonra, Evren kütlesinin önemli bir kısmı yerçekimi dalgaları şeklinde "sızdığında", her yöne dağılmaya başlayacaktır. Dışarıdan bir patlama gibi görünecek - Büyük Patlama. Klasik Big Rebound resminden farklı olarak, önceki dünyanın tamamen yok edilmesi böyle bir modelde gerçekleşmez ve yeni Evren, bazı nesneleri doğrudan ebeveynden miras alır. Her şeyden önce, bunların hepsi aynı kara deliklerdir, içinde hem karanlık madde hem de karanlık enerji olmak üzere her iki ana rolü tekrar oynamaya hazırdır.

büyük ata

Böylece, bu olağandışı resimde, karanlık madde, Evrenden Evrene miras kalan büyük kara delikler olarak ortaya çıkıyor. Ancak, bu tür dünyaların her birinde ölümünün arifesinde oluşması ve bir sonrakinde devam etmesi gereken "merkezi" kara deliği unutmamalıyız. Astrofizikçiler tarafından yapılan hesaplamalar, bugünkü uzayımızdaki kütlesinin, tüm baryonik maddenin kütlesinin 1/20'si olan inanılmaz bir 6 x 1051 kg'a ulaşabileceğini ve sürekli arttığını göstermiştir. Büyümesi, uzay-zamanın her zamankinden daha hızlı genişlemesine yol açabilir ve kendisini Evrenin hızlanan bir genişlemesi olarak gösterebilir.

Tabii ki, böyle bir siklopik kütlenin varlığı, Evrenin büyük ölçekli yapısında gözle görülür homojensizliklerin ortaya çıkmasına yol açmalıdır. Zaten böyle bir heterojenlik için bir aday var - astronomik Kötülük Ekseni. Bunlar, Evrenin anizotropisinin nispeten zayıf, ancak çok endişe verici işaretleridir - kendisini en büyük ölçeklerde gösteren ve Büyük Patlama ve ondan sonra olan her şey hakkındaki klasik görüşlerle hiçbir şekilde uyuşmayan yapı.

Yol boyunca, egzotik hipotez başka bir astronomik bilmeceyi de çözüyor - süper kütleli kara deliklerin beklenmedik bir şekilde erken ortaya çıkması sorunu. Bu tür nesneler büyük galaksilerin merkezlerinde bulunur ve bilinmeyen yollarla, Evrenin varlığının ilk 1-2 milyar yılında zaten milyonlarca ve hatta milyarlarca güneş kütlesinde kütle kazanmayı başardı. Prensip olarak, bu kadar çok maddeyi nerede bulabilecekleri ve hatta onu özümsemek için zamanları olduğunda daha da fazlasını bulabilecekleri belirsizdir. Ancak "miras alınan" kara delikler fikri çerçevesinde bu sorular ortadan kaldırılmıştır, çünkü onların embriyoları bize geçmiş Evrenden gelmiş olabilir.

Gorkavy'nin abartılı hipotezinin hala sadece bir hipotez olması üzücü. Tam teşekküllü bir teori haline gelmesi için, tahminlerinin gözlemsel verilerle - ve geleneksel modellerle açıklanamayanlarla - örtüşmesi gerekir. Elbette gelecekteki araştırmalar, fantastik hesaplamaları gerçeklikle karşılaştırmayı mümkün kılacaktır, ancak bunun yakın gelecekte olmayacağı açıktır. Dolayısıyla karanlık maddenin nerede saklandığı ve karanlık enerjinin ne olduğu soruları cevapsız kalırken.