Η θεωρία της «σκοτεινής δύναμης» θα μπορούσε να λύσει 2 ανοιχτά κοσμικά μυστήρια

By | December 9, 2023

Μια νέα θεωρία που προτείνει ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται από σωματίδια που αλληλεπιδρούν έντονα μεταξύ τους μέσω της λεγόμενης «σκοτεινής δύναμης». Εάν ισχύει, αυτό θα μπορούσε τελικά να εξηγήσει τις ακραίες πυκνότητες που βλέπουμε στα φωτοστέφανα της σκοτεινής ύλης που περιβάλλουν τους γαλαξίες.

Η ύπαρξη σωματιδίων που ονομάζονται αυτο-αλληλεπιδρώντα σκοτεινή ύλη (SIDM) λειτουργεί ως εναλλακτική λύση στο κρύο σκοτεινή ύλη θεωρίες που υποδηλώνουν ότι η άπιαστη ουσία αποτελείται από ογκώδη, αργά κινούμενα (και επομένως ψυχρά), ασθενώς αλληλεπιδρώντα σωματίδια που δεν συγκρούονται. Το πρόβλημα με αυτά τα μοντέλα ψυχρής σκοτεινής ύλης είναι ότι δυσκολεύονται να εξηγήσουν δύο παζλ που αφορούν αυτό που είναι γνωστό ως φωτοστέφανο της σκοτεινής ύλης.

“Το πρώτο είναι ένα φωτοστέφανο σκοτεινής ύλης υψηλής πυκνότητας σε έναν τεράστιο ελλειπτικό γαλαξία. Το φωτοστέφανο ανιχνεύθηκε μέσω ισχυρών παρατηρήσεων με βαρυτικούς φακούς και η πυκνότητά του είναι τόσο υψηλή που είναι εξαιρετικά απίθανο στην επικρατούσα θεωρία ψυχρής σκοτεινής ύλης,” Hai – Bo Yu, επικεφαλής της ομάδας και καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Riverside, είπε σε δήλωση.

«Το δεύτερο», συνέχισε, «είναι ότι τα φωτοστέφανα της σκοτεινής ύλης των υπερδιάχυτων γαλαξιών έχουν εξαιρετικά χαμηλές πυκνότητες και είναι δύσκολο να εξηγηθούν από τη θεωρία της ψυχρής σκοτεινής ύλης».

Σχετίζεται με: Η σκοτεινή ύλη μπορεί να κρύβεται σε πίδακες σωματιδίων από τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων

Τα φωτοστέφανα

Η σκοτεινή ύλη αντιπροσωπεύει ένα τεράστιο αίνιγμα για τους επιστήμονες, επειδή, παρόλο που αποτελεί περίπου το 85% της ύλης στον Κόσμο, δεν αλληλεπιδρά με το φως και επομένως παραμένει ουσιαστικά αόρατη σε εμάς. Αυτό λέει στους ερευνητές ότι η σκοτεινή ύλη δεν μπορεί να είναι απλώς αόρατες συστάδες ύλης που αποτελούνται από ηλεκτρόνια, πρωτόνια και νετρόνια – τη λεγόμενη βαρυονική ύλη, η οποία περιλαμβάνει αστέρια, πλανήτες, το σώμα μας και σχεδόν όλα όσα βλέπουμε γύρω μας σε καθημερινή βάση. -ημέρα. Όχι, η σκοτεινή ύλη πρέπει να αποτελείται από Τίποτα άλλο.

Ο μόνος τρόπος με τον οποίο οι ερευνητές μπορούν πραγματικά να συμπεράνουν την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης είναι επειδή έχει μάζα και επομένως αλληλεπιδρά με τη βαρύτητα. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να «αισθητοποιηθεί» από τη βαρυονική ύλη που μπορούμε να δούμε και από το φως, το οποίο οι αστρονόμοι είναι σίγουρα ικανοί να παρατηρήσουν.

Πιο συγκεκριμένα, όταν το φως διέρχεται από αυτούς τους γαλαξίες που καλύπτονται από τη σκοτεινή ύλη από πηγές υποβάθρου, η επίδραση της ουσίας στη δομή του διαστήματος εκτρέπει την πορεία του φωτός και, με τη σειρά του, κάνει τις πηγές του φόντου να εμφανίζονται «μετατοπισμένες» σε νέες τοποθεσίες στο διάστημα .

Αυτό το φαινόμενο, που ονομάζεται βαρυτικός φακός, είναι αυτό που αρχικά επέτρεψε στους επιστήμονες να προσδιορίσουν ότι οι περισσότεροι, αν όχι όλοι, οι γαλαξίες περιβάλλονται από φωτοστέφανα σκοτεινής ύλης. Και αυτά τα φωτοστέφανα πιστεύεται ότι εκτείνονται πολύ πέρα ​​από τα όρια των ορατών αντικειμένων ύλης σε αυτούς τους γαλαξίες, όπως αστέρια, αέρια και σκόνη. Ο βαρυτικός φακός επέτρεψε επίσης στους αστρονόμους να μετρήσουν την πυκνότητα των φωτοστέφανων της σκοτεινής ύλης. Τα πυκνότερα φωτοστέφανα είναι υπεύθυνα για ισχυρότερους φακούς από τα λιγότερο πυκνά φωτοστέφανα γύρω από υπερδιάχυτους γαλαξίες – γαλαξίες χαμηλής φωτεινότητας με διάσπαρτα αέρια και αστέρια. Ωστόσο, οι ερευνητές προσπάθησαν να εξηγήσουν τις ακραίες πυκνότητες των φωτοστέφανων της σκοτεινής ύλης.

Μπείτε, τεχνητή νοημοσύνη

Για να λύσουν αυτό το παζλ, ο Yu και οι συνεργάτες του, συμπεριλαμβανομένων των μεταδιδακτορικών ερευνητών του Πανεπιστημίου της Νότιας Καλιφόρνια, Ethan Nadler και Daneng Yang, κατασκεύασαν προσομοιώσεις κοσμικών δομών υψηλής ανάλυσης βασισμένες σε πραγματικές αστρονομικές παρατηρήσεις.

Σε αυτές τις προσομοιώσεις έλαβαν υπόψη τις ισχυρές αυτό-αλληλεπιδράσεις της σκοτεινής ύλης σε κλίμακες μάζας που σχετίζονται με ισχυρούς φακούς φωτοστέφανα και υπερδιάχυτους γαλαξίες.

«Αυτές οι αυτό-αλληλεπιδράσεις οδηγούν σε μεταφορά θερμότητας στο φωτοστέφανο, η οποία διαφοροποιεί την πυκνότητα του φωτοστέφανου στις κεντρικές περιοχές των γαλαξιών», εξήγησε ο Nadler. «Με άλλα λόγια, μερικά φωτοστέφανα έχουν υψηλότερη κεντρική πυκνότητα και άλλα έχουν χαμηλότερη κεντρική πυκνότητα, σε σύγκριση με τα αντίστοιχά τους ψυχρής σκοτεινής ύλης, με λεπτομέρειες που εξαρτώνται από την ιστορία της κοσμικής εξέλιξης και το περιβάλλον των μεμονωμένων φωτοστέφανων».

Η ομάδα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το SIDM που αλληλεπιδρά μέσω μιας «σκοτεινής δύναμης», όπως τα βαρυονικά σωματίδια αλληλεπιδρούν μέσω της δύναμης του ηλεκτρομαγνητισμού και μέσω των ισχυρών και αδύναμων πυρηνικών δυνάμεων, θα μπορούσε να προσφέρει μια λύση που δεν προσφέρουν οι θεωρίες της ψυχρής σκοτεινής ύλης.

“Η ψυχρή σκοτεινή ύλη προκαλείται για να εξηγήσει αυτά τα αινίγματα. Το SIDM είναι αναμφισβήτητα ο επιτακτικός υποψήφιος για να συμφιλιώσει τα δύο αντίθετα άκρα”, πρόσθεσε ο Yang. «Τώρα υπάρχει μια ενδιαφέρουσα πιθανότητα η σκοτεινή ύλη να είναι πιο περίπλοκη και ζωντανή από ό,τι περιμέναμε».

Σχετικές ιστορίες:

— Ακόμα δεν γνωρίζουμε τι είναι η σκοτεινή ύλη, αλλά να τι δεν είναι

— Οι αστρονόμοι ζυγίζουν για πρώτη φορά φωτοστέφανα της σκοτεινής ύλης αρχαίων γαλαξιών

— Θα μπορούσε ένα «υπερκενό» να επιλύσει μια αδυσώπητη συζήτηση για τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος;

Η ομάδα πιστεύει ότι η έρευνά της παρέχει επίσης ένα παράδειγμα της αναλυτικής δύναμης της ένωσης των πραγματικών παρατηρήσεων του σύμπαντος, οι οποίες αναπτύσσονται λεπτομερώς με κάθε νέα γενιά τηλεσκοπίων, με την αυξανόμενη δύναμη της τεχνητής νοημοσύνης.

«Ελπίζουμε ότι η δουλειά μας θα ενθαρρύνει περισσότερες μελέτες σε αυτόν τον πολλά υποσχόμενο τομέα έρευνας», είπε ο Yu. «Θα είναι μια ιδιαίτερα επίκαιρη εξέλιξη, δεδομένης της αναμενόμενης εισροής δεδομένων στο εγγύς μέλλον από αστρονομικά παρατηρητήρια, συμπεριλαμβανομένου του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb και του επερχόμενου Αστεροσκοπείου Rubin».

Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύθηκε τον Νοέμβριο στο Τα γράμματα από το αστροφυσικό περιοδικό.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *