galaxii embrioni

Desi oamenii de stiinta inca nu stiu exact ce constituie materia întunecată, în știință, există mai multe ipoteze.

Unii astronomi cred că unele dintre halo materia întunecată poate fi compact nori de hidrogen rece. Ele pot exista, dar până în prezent nu au fost observate (imagine: „Popular Mechanics“)

Avi Loub, profesor de astrofizica la Harvard: „Este greu primele galaxii ar apărea fără materia întunecată. Ei au nevoie de embrioni, regiuni cu densitate ridicată, de strângere a materialului înconjurător prin propria gravitație. În cazul în care nu a avut încă timp să se răcească Universul la vârsta de câteva sute de mii ani a constat doar din materie obișnuită și radiații, gazul fierbinte de fotoni ar distruge rapid aceste fluctuații. Dar materia întunecată nu este în măsură să „pereche“ cu fotoni, asa ca ea a fost în măsură să le conserve. Mai mult decât atât, fără ea a salva universul nostru gravitatiei pentru a extinde atât de rapid încât, în general, nu a putut fi orice structuri ordonate. "

Unii oameni de știință cred că materia întunecată - este deja cunoscut corpuri cosmice, cum ar fi rămășițele reci ale piticei albe, planete gigant de gaz sau stele neutronice inactive nu emit radiații electromagnetice (de exemplu, non pulsari). Alții cred că purtătorii de masă ascunse de particule elementare să nu se deschidă. Astfel, se presupune că materia întunecată constă fie într-un „normale“ de materie nebarionică (barionii - particule de trei cuarci care includ protoni și neutroni) sau obiect natura nonbaryonic.

Cu toate acestea, există o altă ipoteză, potrivit căreia probabil candidații pentru titlul de materie întunecată sunt considerate o gaură neagră, cheaguri de câmp gravitațional.

găuri negre

Calea luminii în univers este curbat diverse obiecte masive (Imagine: „Popular Mechanics“)

Găurile negre care apar în timpul exploziilor din cele mai masive stele care arata ca candidati ideali pentru rolul de materie întunecată - o atracție puternică și fără emisii. Cu toate acestea, materia primă principală pentru ei este în continuare aceeași problemă nebarionică, astfel încât acestea să vină în ea alocat 4% din masa totală a universului. Același lucru este valabil și pentru găuri negre gigantice, situate în nucleele galaxii active, care au, de asemenea, nici o legătură cu halouri galactice. În general vorbind, gauri negre nu sunt obligate să aibă o origine nebarionică. Conform unor modele teoretice, ele pot să apară după 10 microsecunde după Big Bang, înainte de nașterea barionii, și, în consecință, greutatea lor totală nu se încadrează în limita de patru procente. Calculele arată că fiecare astfel de gaura poate trage la 50-100% din masa solară. Putem presupune că acestea sunt în haloul galactic, și au fost identificate în cursul observațiilor microlentilelor gravitaționale. Cu toate acestea, însăși existența lor - încă nici o confirmare a ipotezei.

lentile gravitaționale

gravitaționale permite destul de proiectând determina cu exactitate masa de obiecte mari, cum ar fi clusterele de galaxii mari, care sunt miliarde de ani lumină distanță de observatori (imagine: „Popular Mechanics“)

Materia întunecată poate nu numai consta din spațiul de gaz. gaz ionizat fierbinte în clustere galactice luminoase în intervalul de raze X, care permite să se estimeze greutatea sa. De obicei, aceasta nu depășește 15-17% din masa dinamică a cluster-ului, cât și pentru halouri galactice, această cifră este chiar mai mic. Spațiul neutru este, de asemenea, hidrogen, care ieșirile sale de absorbție radiowave prezență de 21 centimetri și radiații. Dar e prea puțin.

„Niciodată“, „Eros“ și altele

Prin măsurarea intensității luminii de obiecte „din spatele“ acestor grupuri, putem calcula greutatea lor totală și distribuția acestuia (prezentată în linii de contur albe). Având în vedere radiațiile detectate, putem calcula proporția masei introdusă de materie întunecată (Imagine: „Popular Mechanics“)

modelul barionic

Barionii - o particulă formată din trei culori diferite de cuarci interconectate prin interacțiunea puternică. Prin barionii includ, în special, protoni și neutroni, care stau la baza substanță „obișnuită“ (Examinare „Popular Mechanics“)

Acest lucru nu înseamnă că MACHO tip de proiect nu are sens. În final, sursa de radiație electromagnetică (cea mai mare parte stele, gaz fierbinte, și pulsari) nu epuizează problema nebarionică, chiar dacă reprezintă partea dominantă (câțiva ani în urmă, sa dovedit că gazul ionizat în spațiu este mult mai mare decat se credea anterior). Prin urmare, din punctul de vedere al astronomilor, urmărirea componentei nebarionică materie întunecată este justificată, deși, în general, și nu prea promițător. „Microlentilelor gravitationala a arătat că obiectele compacte cu mase de pământ la soare o sută de cel mai bun caz, nu oferă mai mult de 20% din masa haloului galactic, - spune profesor de astrofizică la Universitatea Harvard Avi Loub. - Astfel de obiecte pot fi de exemplu pitici maro - protosteaua dim cu masa mai mică de o zecime din masa solară, care emite în porțiunea roșie a spectrului vizibil și în domeniul infraroșu. Un număr mic de le-a găsit în discul galaxiei noastre. În cazul în care acestea sunt în halo, nu este din abundență. "

Același lucru este valabil și pentru pitice albe reci în creștere, care sunt trăgând într-o jumătate de masă solară. Cu toate acestea, aceste organisme sunt formate după explozia de noi stele, emise în spațiu, azot și carbon. nivelul dorit al poluării în haloul găsite. Desigur, putem presupune că mecanismele de curățare halo există o astfel de moloz, dar ele sunt necunoscute pentru știință. Prin urmare, pitica albă nu este, de asemenea, cei mai buni candidați. Același lucru este valabil și pentru stelele neutronice a căror masă este de aproximativ un an și jumătate solar.

Una dintre secțiunile de hărți nou construite din distribuția materiei întunecate, zona de cer. Distribuția nebarionică obișnuite (stânga) și întuneric (dreapta) a materiei (Imagine: „Popular Mechanics“)

Unii astronomi cred că o parte a halourilor de materie întunecată poate fi nori compacte de hidrogen la rece, dimensiunile care nu depășesc zecimi de un an lumină de acțiuni (altfel le-ar fi observat astronomii). Astfel de nori pot exista, dar până acum nimeni nu se uita.

reguli de alegere

Astronomii nu au găsit încă mass-media ascunsă, dar fizicienii au în magazin mai multe particule ipotetice - candidați pentru acest rol. Care sunt cerințele pentru aceste particule? În primul rând - și în cazul în care cad, este extrem de rar. Raportul de materie întunecată și obișnuită este păstrat aproape de momentul Big Bang-ului. În tot acest timp numărul total de barioni au rămas neschimbate sau aproape neschimbat. Cu toate acestea, teoreticienii presupunem că protonii se pot dezintegra, dar dacă este chiar și așa, timpul vieții lor depășește incomensurabil vârsta universului. Prin urmare, particulele de materie întunecată trebuie să aibă de asemenea, în cazul în care nu absolută, este extrem de stabil.

Experimentul International Edelweiss II, realizat de fizicieni din Franța, Germania și România, cu scopul de a detecta particulele slab care interacționează cu materia obișnuită. In imagine - un detector de germaniu criogenică (Imagine: "Popular Mechanics")

A doua condiție - masa nenul (masa de repaus). particule lipsite de masă, cum ar fi fotoni muta la viteza luminii. Prin urmare, ei cu siguranță nu se pot acumula în colectoarele gravitaționale și forma nori care a găsit astronomii. Din acest motiv, particulele de materie întunecată nu se pot deplasa la aproape viteza, și nici astăzi, nici în universul tineretului (altfel cum ar lua primele stele si galaxii?). Se pare că materia întunecată ar trebui să fie compus dintr-o particulă suficient de „la rece“, nu este capabil de deplasare prea rapidă.

Al treilea punct - particulele sunt necesare pentru a fi neutre electric. Particulele încărcate absorb și emit fotoni și, prin urmare, sunt ușor de detectat. Strict vorbind, același lucru se poate comporta și corpusculi neutre. De exemplu, particula poate include „jumătăți“, pozitive și negative, și apoi la o taxa de zero, acesta va avea un moment de dipol. În labirintul de astfel de discurs nu este, dar lipsa unei taxe - o condiție indispensabilă.

În plus față de interacțiunile electromagnetice, în natură există trei - puternic, slab și gravitațional. Materia întunecată, desigur, se simte gravitația. Nu este imposibil ca particulele sale sunt, de asemenea, implicate în interacțiuni slabe și puternice. Cu toate acestea, probabilitatea de coliziuni grave cu nucleoni și electroni este extrem de mică, în caz contrar materia întunecată cosmică a demonstrat prezența mult mai activă. Pentru interacțiunile slabe astfel de condiție este îndeplinită fără probleme și în ceea ce privește nevoia puternică de a furniza anumite proprietăți specifice ale particulelor.

Este potrivit pentru particulele de materie întunecată deja cunoscute mass-media? Singurele posibile candidate - neutrinii interacționează slab leptoni, care au fost produse în abundente la scurt timp după Big Bang. Acum, media pe baryon conturile miliarde neutrini. Nu cu mult timp în urmă au fost considerate lipsite de masă, dar experimentele au arătat că neutrinii va avea aproape sigur o masă de repaus, deși foarte mici.

Cu toate acestea, atunci când ne uităm la neutrinii dispar. În primul rând, ele sunt prea „fierbinte“ (viteza lor se apropie de lumina), și în al doilea rând, ușoare. masa de protoni este de 938 MeV, iar masa neutrino, în toate probabilitățile, nu mai mult de 0,3 eV. Este ușor de calculat că masa totală a neutrino este de cel puțin trei ori mai mică decât masa materiei nebarionică, ci pentru că avem nevoie de ea să depășească ultima mai mult de cinci ori.

Cu toate acestea, până acum a fost doar despre neutrino, care apar în reacțiile de degradare beta a nucleelor. Teoreticienii nu exclude că la scurt timp după Big Bang ar putea fi născut și o mult mai severă, și, prin urmare, relativ neutrino „rece“ nu participă, chiar și în interacțiunile slabe (oferă aceste particule Bruno Pontecorvo le-numit „steril“). Cele mai ușoare neutrinilor sterile cu o masă între una și o keV puțini sunt capabili să trăiască un timp foarte lung și, prin urmare, este potrivit pentru rolul mass-media ascunse. Cu toate acestea, neutrinii sterile, ocazional se pot rupe spontan la lumina neutrini normale si de fotoni cu raze X, iar această strălucire poate fi detectată prin telescop cu raze X.

Axioni și Neutralino

Axionul Telescope CAST (CERN Axionul Telescopul Solar) încearcă să detecteze axioni, care trebuie să se nască în interiorul soarelui în împrăștierea de fotoni termici la electroni. În cazul în care există axioni, într-un câmp magnetic, ei trebuie să se rup în fotoni de raze X, care pot fi fixate cu ajutorul unor detectoare (Imagine: „Popular Mechanics“)

În cazul în care există axioni, ele sunt, ca neutrino primar a apărut în timpul Big Bang, dar mult mai mult. Ca rezultat al interacțiunii cu unul dintre domeniile existente, în timp ce ei au pierdut energia cinetică și a rămas deoarece aproape staționare. Aceste axioni primare trebuie să fie un gaz foarte rece din particule, umple spațiul. Ele pot fi, de asemenea, produs în interiorul stelelor într-o coliziune de fotoni termice cu electroni și protoni. Prin urmare, poate fi o sursă de axioni și soarele nostru.

Experiment - criteriul adevărului

Un alt candidat potențial - Neutralino. Această particulă ipotetică greu neutră (domeniu de masă de la zece la câteva GeV TeV), care participă la o interacțiune slabă. apar Neutralino în contextul teoriei supersimetriei, care impune ca fiecare partener a avut un fermion-boson, și fiecare bosonul - partener fermion. Aceste „superpartners“, de regulă, nu poate fi purtătorii materiei întunecate, dar teoria permite să acționeze în această calitate o anumită combinație a acestora, care se comportă ca particule unice - Neutralino. „Apropo, acest lucru nu este singura opțiune - adauga profesorul Loub. - Cel mai simplu de particule-superpartners ar trebui să fie stabil, și, prin urmare, poate fi considerată, de asemenea, un mare candidat pentru rolul de purtător materie întunecată. Dificultatea este că superpartners particulele obișnuite nu sunt deschise încă, deși este posibil ca va fi capabil să obțină dovezi ale existenței lor, atunci când Large Hadron Collider de la CERN va lucra. "