Kosmosda görünməyən “qaranlıq materiya” qalaktikaları təkamül etməyə məcbur edir

2024 Müəllif: Seth Attwood | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-16 15:57

Qaranlıq maddənin sirri nə qədər uzun müddət həll olunmasa, onun təbiəti haqqında daha ekzotik fərziyyələr, o cümlədən əvvəlki Kainatdan nəhəng qara dəliklərin miras qalması ilə bağlı ən yeni ideya ortaya çıxır.

Bir şeyin mövcud olduğunu bilmək üçün onu görmək lazım deyil. Beləliklə, bir dəfə Uranın hərəkətinə qravitasiya təsirinə görə Neptun və Pluton kəşf edildi və bu gün Günəş sisteminin uzaq kənarında hipotetik X Planetinin axtarışı aparılır. Bəs Kainatın hər yerində belə bir təsir tapsaq nə olar? Məsələn, qalaktikaları götürək. Belə görünür ki, qalaktik disk fırlanırsa, orbitin artması ilə ulduzların sürəti azalmalıdır. Bu, məsələn, Günəş sisteminin planetlərinə aiddir: Yer Günəş ətrafında 29,8 km/s, Pluton isə 4,7 km/s sürətlə fırlanır. Bununla belə, artıq 1930-cu illərdə Andromeda dumanlığının müşahidələri göstərdi ki, onun ulduzlarının fırlanma sürəti, periferiyada nə qədər uzaqda olsalar da, demək olar ki, sabit qalır. Bu vəziyyət qalaktikalar üçün xarakterikdir və digər səbəblərlə yanaşı, qaranlıq maddə anlayışının ortaya çıxmasına səbəb olmuşdur.

Problemlərin karnavalı

Hesab olunur ki, biz onu birbaşa görmürük: bu sirli maddə praktiki olaraq adi hissəciklərlə qarşılıqlı təsir göstərmir, o cümlədən fotonları buraxmır və ya udmur, lakin biz bunu digər cisimlərə qravitasiya təsiri ilə görə bilərik. Ulduzların və qaz buludlarının hərəkətlərinin müşahidələri, qalaktikaların, klasterlərin və bütün geniş miqyaslı təkamüldə oynadığı mühüm roldan bəhs edərək, Samanyolu diskini əhatə edən qaranlıq maddə halosunun ətraflı xəritələrini tərtib etməyə imkan verir. Kainatın quruluşu. Bununla belə, əlavə çətinliklər başlayır. Bu sirli qaranlıq maddə nədir? O, nədən ibarətdir və onun hissəcikləri hansı xüsusiyyətlərə malikdir?

Uzun illərdir ki, WIMP-lər bu rol üçün əsas namizədlərdir - qravitasiyadan başqa heç bir qarşılıqlı təsirdə iştirak edə bilməyən hipotetik hissəciklər. Onları həm dolayı yolla, həm adi maddə ilə nadir qarşılıqlı təsir məhsulları ilə, həm də güclü alətlərdən, o cümlədən Böyük Adron Kollayderindən istifadə etməklə aşkar etməyə çalışırlar. Təəssüf ki, hər iki halda heç bir nəticə yoxdur.

Frankfurt Universitetinin professoru Sabine Hossenfelder deyir: “LHC-nin yalnız Higgs bozonunu tapdığı və başqa heç nə tapmadığı ssenari bir səbəbdən “kabus ssenarisi” adlandırılıb”. "Yeni fizikanın heç bir əlamətinin tapılmaması mənə birmənalı siqnal kimi xidmət edir: burada nəsə səhvdir." Digər elm adamları da bu siqnalı götürdülər. LHC və digər alətlərdən istifadə edərək qaranlıq maddənin izləri üçün axtarışların mənfi nəticələri dərc edildikdən sonra onun təbiəti ilə bağlı alternativ fərziyyələrə maraq açıq şəkildə artır. Və bu həllərin bəziləri Braziliya karnavalından daha ekzotik görünür.

Saysız-hesabsız deşiklər

Bəs WIMP-lər yoxdursa? Əgər qaranlıq maddə bizim görə bilmədiyimiz maddədirsə, lakin biz onun cazibə qüvvəsinin təsirini görürüksə, o zaman bəlkə onlar sadəcə qara dəliklərdir? Nəzəri olaraq, Kainatın təkamülünün ən erkən mərhələlərində onlar çoxlu sayda - ölü nəhəng ulduzlardan deyil, közərmə fəzasını dolduran fövqəladə və isti maddənin dağılması nəticəsində yarana bilərdi. Bir problem: indiyə qədər heç bir ilkin qara dəlik tapılmadı və onların ümumiyyətlə mövcud olub-olmaması dəqiq məlum deyil. Bununla belə, Kainatda bu rola uyğun gələn kifayət qədər başqa qara dəliklər var.

Uzaq kosmik zond Voyager 1-in müşahidələri mikroskopik ölçülü ilkin qara dəliklərin görünüşünü göstərə bilən Hokinq radiasiyasının heç bir izini aşkar etmədi. Lakin bu, daha böyük oxşar obyektlərin mövcudluğunu istisna etmir.2015-ci ildən bəri LIGO interferometri artıq 11 qravitasiya dalğasını qeydə alıb və onlardan 10-u onlarla günəş kütləsi kütləsi olan qara dəliklərin cütlərinin birləşməsi nəticəsində yaranıb. Bu, özlüyündə son dərəcə gözlənilməzdir, çünki belə obyektlər fövqəlnova partlayışları nəticəsində əmələ gəlir və ölmüş ulduz bu prosesdə kütləsinin böyük hissəsini itirir. Məlum olub ki, birləşən dəliklərin sələfləri həqiqətən də siklopik ölçülərdə olan ulduzlar olub, onlar uzun müddət Kainatda yaranmamalı idi. Digər problem onların ikili sistemlərin formalaşması ilə yaranır. Fövqəlnova partlayışı o qədər güclü bir hadisədir ki, hər hansı yaxın obyekt uzaqlara atılacaq. Başqa sözlə desək, LIGO cisimlərdən qravitasiya dalğaları aşkar edib, onların görünüşü hələ də sirr olaraq qalır.

2018-ci ilin sonunda belə obyektlərə Qrinviç Elm və Texnologiya İnstitutunun astrofiziki Nikolay Qorkavi və Nobel mükafatı laureatı Con Mater yaxınlaşıb. Onların hesablamaları göstərdi ki, kütlələri onlarla günəş kütləsi olan qara dəliklər müşahidə üçün praktiki olaraq görünməz qalacaq və eyni zamanda qalaktikaların strukturunda və hərəkətində bütün xarakterik anomaliyaları yarada biləcək qalaktik halo əlavə edə bilər. Belə görünür ki, qalaktikanın uzaq periferiyasında bu qədər böyük qara dəliklər lazımi sayda haradan gəlir? Axı, kütləvi ulduzların böyük əksəriyyəti mərkəzə daha yaxın doğulur və ölür. Qorkavı və Materin verdiyi cavab, demək olar ki, inanılmazdır: bu qara dəliklər "gəlmədilər", müəyyən mənada onlar həmişə, Kainatın başlanğıcından mövcud olublar. Bunlar dünyanın sonsuz genişlənmə və büzülmə ardıcıllığında əvvəlki dövrünün qalıqlarıdır.

Möhkəm xətt qalaktikanın mərkəzi ətrafında fırlanan ulduzların və qazın həqiqi orbital sürətini göstərir; nöqtəli - qaranlıq maddənin təsiri olmadıqda gözlənilir.

Yenidən doğuşun qalıqları

Ümumiyyətlə, Big Bounce kosmosun təkamülünün bir çox digər fərziyyələri ilə eyni səviyyədə mövcud olsa da, sübut olunmamış kosmologiyada yeni model deyil. Ola bilsin ki, kainatın həyatında genişlənmə dövrləri həqiqətən daralma, "Böyük çökmə" - və yeni sıçrayış-partlayış, gələcək nəslin dünyasının doğulması ilə əvəz olunur. Bununla belə, yeni modeldə bu dövrələr həm qaranlıq maddə, həm də qaranlıq enerji kimi fəaliyyət göstərən qara dəliklər tərəfindən həyata keçirilir - kainatımızın sürətlə genişlənməsinə səbəb olan sirli maddə və ya qüvvə.

Güman edilir ki, maddəni udaraq və bir-biri ilə birləşməklə qara dəliklər Kainatın ümumi kütləsinin getdikcə daha çoxunu toplaya bilər. Bu, onun genişlənməsinin yavaşlamasına və sonra daralmasına səbəb olmalıdır. Digər tərəfdən, qara dəliklər birləşdikdə, onların kütləsinin əhəmiyyətli bir hissəsi qravitasiya dalğalarının enerjisi ilə itirilir. Buna görə də, yaranan dəlik əvvəlki şərtlərinin cəmindən daha yüngül olacaq (məsələn, LIGO tərəfindən qeydə alınan ilk qravitasiya dalğası 36 və 29 günəş kütləli qara dəliklərin birləşərək "yalnız" kütləsi olan bir dəliyin əmələ gəlməsi zamanı yaranıb. "62 günəş kütləsi). Beləliklə, Kainat da kütlə itirə bilər, büzülür və getdikcə daha böyük qara dəliklərlə doldurula bilər, o cümlədən ən böyüyü mərkəzi olan.

Nəhayət, qara dəliklərin uzun müddətli birləşməsindən sonra Kainatın kütləsinin əhəmiyyətli bir hissəsi qravitasiya dalğaları şəklində “sızdıqda” o, bütün istiqamətlərə səpələnməyə başlayacaq. Kənardan o, partlayışa bənzəyəcək - Böyük Partlayış. Klassik Big Rebound mənzərəsindən fərqli olaraq, əvvəlki dünyanın tam məhvi belə bir modeldə baş vermir və yeni Kainat bəzi obyektləri birbaşa valideyndən miras alır. Əvvəla, bunlar hamısı eyni qara dəliklərdir, yenidən onlarda həm əsas rolu - həm qaranlıq maddə, həm də qaranlıq enerjini oynamağa hazırdır.

Böyük ata

Belə ki, bu qeyri-adi şəkildə qaranlıq maddə Kainatdan Kainata miras qalan böyük qara dəliklərə çevrilir. Amma biz “mərkəzi” qara dəliyi unutmaq olmaz ki, o, hər bir belə dünyada ölüm ərəfəsində əmələ gəlməli və sonrakı dünyada da varlığını davam etdirməlidir. Astrofiziklərin hesablamaları göstərdi ki, bugünkü kosmosumuzda onun kütləsi inanılmaz dərəcədə 6 x 1051 kq, bütün barion maddələrin kütləsinin 1/20 hissəsinə çata bilər və davamlı olaraq arta bilər. Onun böyüməsi məkan-zamanın getdikcə daha sürətli genişlənməsinə səbəb ola bilər və özünü Kainatın sürətlə genişlənməsi kimi göstərə bilər.

Əlbəttə ki, belə bir siklop kütləsinin olması Kainatın geniş miqyaslı strukturunda nəzərə çarpan qeyri-homogenliyin yaranmasına səbəb olmalıdır. Artıq belə heterojenliyə namizəd var - astronomik Şər oxu. Bunlar Kainatın anizotropiyasının nisbətən zəif, lakin çox narahatedici əlamətləridir - onda özünü ən böyük miqyasda göstərən və Böyük Partlayış və ondan sonra baş verən hər şey haqqında klassik baxışlarla heç bir şəkildə uyğun gəlməyən quruluş.

Bu yolda ekzotik fərziyyə başqa bir astronomik tapmacanı - superkütləvi qara dəliklərin gözlənilmədən erkən peyda olması problemini də həll edir. Bu cür obyektlər böyük qalaktikaların mərkəzlərində yerləşir və naməlum vasitələrlə Kainatın mövcudluğunun ilk 1-2 milyard ilində artıq milyonlarla və hətta milyardlarla günəş kütləsində kütlə qazana biliblər. Prinsipcə, bu qədər mahiyyəti haradan tapa bildikləri, hətta onu mənimsəməyə vaxtlarının nə vaxt ola biləcəyi bəlli deyil. Lakin “irsi” qara dəliklərlə bağlı ideya çərçivəsində bu suallar aradan qaldırılır, çünki onların embrionları keçmiş Kainatdan bizə çata bilərdi.

Təəssüf ki, Qorkavının ekstravaqant fərziyyəsi hələ də sadəcə bir fərziyyədir. Onun tam hüquqlu bir nəzəriyyəyə çevrilməsi üçün onun proqnozlarının müşahidə məlumatları ilə üst-üstə düşməsi lazımdır - və ənənəvi modellərlə izah edilə bilməyənlərlə. Təbii ki, gələcək tədqiqatlar fantastik hesablamaları reallıqla müqayisə etməyə imkan verəcək, lakin bu, yaxın gələcəkdə baş verməyəcəyi açıqdır. Buna görə də qaranlıq maddənin harada gizləndiyi və qaranlıq enerjinin nə olduğu ilə bağlı suallar cavabsız qalır.