աստղաֆիզիկա

Նեյտրոնային աստղի մեկ թեյի գդալը կշռում է միլիարդավոր տոննա։ Երբ երկու նման գերխիտ մարմիններ բախվում են, դրանք ոչ միայն ստեղծում են հզոր գրավիտացիոն ալիքներ, այլև թողնում են մշտական ​​սպի տարածաժամանակի հյուսվածքում։.

Physical Review Letters-ում հրապարակված գիտնականների միջազգային խմբի ուսումնասիրությունը ուսումնասիրում է այսպես կոչված գրավիտացիոն ալիքային հիշողության էֆեկտը: հաղորդում է Նեյտրոնային աստղերը ձևավորվում են գերնոր աստղի պայթյունից հետո: Այս կոմպակտ օբյեկտները, որոնք մոտավորապես 20 կիլոմետր տրամագծով են և ավելի մեծ զանգված ունեն, քան Արեգակը, պարունակում են մինչև սահմանը սեղմված նյութ. ատոմները քայքայվում են, և նյութը գրեթե ամբողջությամբ բաղկացած է նեյտրոններից: Երբ երկու նման աստղ մոտենում են միմյանց, համակարգը սկսում է արձակել գրավիտացիոն ալիքներ, որոնք արդեն հայտնաբերվել են LIGO և Virgo դետեկտորների կողմից:

Հիշողության էֆեկտ՝ ալիք, որը երբեք չի անհետանում

Սովորաբար, գրավիտացիոն ալիքը ձգվում և սեղմվում է տարածության մեջ, որից հետո ամեն ինչ վերադառնում է իր սկզբնական վիճակին: Սակայն Այնշտայնի տեսությունը կանխատեսում է մեկ այլ բան. ալիքի անցումից հետո կարող է մնալ փոքր, բայց մշտական ​​տեղաշարժ: Դետեկտորի մեջ գտնվող մասնիկները ճշգրիտ չեն վերադառնում իրենց սկզբնական դիրքերին: Այս մնացորդային հետքը կոչվում է հիշողության էֆեկտ:.

Առաջին նման հաշվարկները կատարվել են Յակով Զելդովիչի և Ալեքսանդր Պոլնարևի կողմից 1974 թվականին: Հետագայում Դեմետրիոս Քրիստոդուլոուն ցույց տվեց, որ Այնշտայնի հավասարումների ոչ գծայինությունը ուժեղացնում է այս էֆեկտը: Ժամանակակից հետազոտությունները ավելացրել են նոր աղբյուրներ՝ էլեկտրամագնիսական ճառագայթում և նեյտրինոների հոսք:.

Մագնիսական դաշտեր, նեյտրինոներ և ազդանշանի 50 տոկոսը

Իլինոյսի համալսարանի, Աթենքի ակադեմիայի, Վալենսիայի համալսարանի և Մոնտկլերի պետական ​​համալսարանի գիտնականները մոդելավորել են տարբեր զանգվածներով, վիճակի հավասարումներով և մագնիսական դաշտի կոնֆիգուրացիաներով նեյտրոնային աստղերի միաձուլումը: Նրանք առանձին-առանձին հաշվի են առել նեյտրինոների և բարիոնային նյութի արտանետումը՝ յուրաքանչյուր գործոնի ներդրումը հասկանալու համար:.

Պարզվեց, որ մագնիսական դաշտերը, նեյտրինոները և արտանետված նյութը կազմում են ընդհանուր գրավիտացիոն հիշողության 15-ից 50 տոկոսը։ Ավելին, ավելի ուժեղ մագնիսական դաշտը միշտ չէ, որ նշանակում է ավելի մեծ ազդեցություն. որոշ դեպքերում մագնիսացված համակարգերը ցույց են տվել ավելի փոքր զուտ հիշողություն։ Սև խոռոչներից տարբերվող նեյտրոնային աստղերը կարող են հիշողություն կուտակել ավելի երկար ժամանակ հիմնական բախումից հետո։.

Այս էֆեկտի դիտարկումը կլիներ ընդհանուր հարաբերականության տեսության կարևոր փորձություն: Հիշողության հայտնաբերումը կտրամադրեր տեղեկատվություն նեյտրոնային աստղի զանգվածի, ներքին կառուցվածքի և մագնիսական դաշտի մասին: Գրավիտացիոն ալիքների դետեկտորները կկարողանային արդյունավետորեն հետազոտել գերխիտ նյութը, որը անհասանելի է լաբորատոր փորձերի համար: Չնայած սա միայն առաջին քայլն է, գիտնականները հույս ունեն, որ ապագա դիտարկումները կբացահայտեն տիեզերքում այս «սպին»:.

ուսումնասիրության համաձայն հրապարակված ՝ տիեզերքի էվոլյուցիայի հաշվարկները այլևս չեն համապատասխանում իրական դիտարկումներին։ Գիտնականները ընդունում են, որ վաղ տիեզերքից միլիարդավոր տարիներ առաջ ստացված տվյալները էքստրապոլացնելիս տեսությունը տալիս է այլ արդյունք, քան աստղադիտակները։

Ֆիզիկոսներն ունեն վաղ տիեզերքի բարձր ճշգրտությամբ քարտեզ։ Այն հիմնված է տիեզերական միկրոալիքային ֆոնի վրա և համարվում է ստանդարտ։ Սակայն, օգտագործելով Ստանդարտ մոդելը և Այնշտայնի հավասարումները, ժամանակակից տիեզերքը պետք է ավելի «կոպիտ» լինի։ Իրականությունը պարզվեց այլ։.

S8 լարում. որտեղ տեսությունը քանդվում է

Տիեզերագետները իրենց մոդելները ստուգում են երկու եղանակով։ Առաջինը հիմնված է Պլանկի արբանյակի կողմից գրանցված տիեզերական միկրոալիքային ֆոնային ճառագայթման վերլուծության վրա։ Այս տվյալները նկարագրում են տիեզերքը 380,000 տարի առաջ և թույլ են տալիս հաշվարկել դրա ապագան։.

Երկրորդ մեթոդը ժամանակակից տիեզերքի ուղղակի դիտարկումն է։ Այն օգտագործում է թույլ գրավիտացիոն ոսպնյակավորման մեթոդը։ Զանգվածը, հիմնականում մութ նյութը, աղավաղում է տարածաժամանակը և աղավաղում հեռավոր գալակտիկաների լույսը։ Այս աղավաղումները օգտագործվում են նյութի բաշխման քարտեզը կառուցելու համար։.

Խնդիրն այն է, որ մեթոդները այլևս չեն համընկնում: Ժամանակակից չափումները ցույց են տալիս նյութի ավելի միատարր բաշխում: S8 պարամետրի արժեքը ցածր է սպասվածից: Անհամապատասխանությունը հասնում է 2-3 սիգմայի: Ֆիզիկայի համար սա ցույց է տալիս կամ համակարգված սխալ, կամ անավարտ մոդել:.

Մութ հատված՝ անսպասելի կապով

Ստանդարտ տիեզերագիտության մեջ մութ նյութը համարվում է սառը և պասիվ։ Այն փոխազդում է շրջակա աշխարհի հետ գրեթե բացառապես ձգողականության միջոցով։ Նեյտրինոները նույնպես համարվում են գործնականում անկախ մասնիկներ, որոնք ազատորեն թափանցում են տարածություն։.

Նոր հոդվածի հեղինակները առաջարկել են այլ սցենար։ Նրանք թույլ են տվել առաձգական ցրում մութ նյութի և նեյտրինոների միջև։ Վաղ տիեզերքում նեյտրինոները չափազանց խիտ և արագ էին։ Նույնիսկ թույլ փոխազդեցությունը թույլ էր տալիս նրանց իմպուլս փոխանցել մութ նյութի մասնիկներին։.

Այս գործընթացը հանգեցնում է դիֆուզիոն մարման կոչվող երևույթի։ Ձգողականությունը հակված է մութ նյութը հավաքելու խիտ հալոների մեջ, մինչդեռ նեյտրինոների ցրումը կանխում է դա։ Արդյունքում, կառուցվածքների աճը դանդաղում է, և խտության փոքր տատանումները հարթվում են։.

Հենց սա է, ըստ հաշվարկների, որ իջեցնում է S8 պարամետրը։ Տիեզերքն այսօր ավելի միատարր է թվում, քան կանխատեսվում էր ստանդարտ մոդելով՝ առանց փոխազդեցությունների։.

Տվյալներ, սիմուլյացիաներ և հայտնաբերման սահմանները

Հիպոթեզը ստուգելու համար գիտնականները համատեղել են դիտարկումների մի քանի անկախ աղբյուրներ

• Պլանկի արբանյակային տվյալներ
• ACT աստղադիտակի բարձր անկյունային լուծաչափի չափումներ
• DES Y3 նյութի բաշխման քարտեզ

Վերլուծությունը ներառում էր բարդ համակարգչային մոդելավորում և ոչ գծային գրավիտացիայի դիտարկում: Վիճակագրական վերլուծությունը ցույց տվեց, որ ստանդարտ Lambda-CDM մոդելը թույլ է նկարագրում տվյալների բազմությունը: Մութ նյութի և նեյտրինոների փոխազդեցություններով մոդելը լուծում է անհամապատասխանությունը:.

Օպտիմալ փոխազդեցության ուժգնությունը գնահատվում է մոտ 10^-4: Վիճակագրական նշանակալիությունը հասնում է 3 սիգմա մակարդակի: Ֆիզիկայում սա համարվում է լուրջ ապացույց, բայց դեռևս ոչ հայտնագործություն:.

Եթե ​​արդյունքները հաստատվեն, մութ նյութը կդադարի լինել պասիվ ֆոնային երևույթ։ Այն կդառնա Տիեզերքում տեղի ունեցող գործընթացների ակտիվ մասնակից։ Վերա Ռուբինի աստղադիտարանի և CSST աստղադիտակի ապագա դիտարկումները պետք է տան վերջնական պատասխանը։.

Աստղագետները հայտնել են մութ նյութի հնարավոր առաջին դիտարկման մասին, ըստ «Կոսմոլոգիայի և աստղամասնիկների ֆիզիկայի հանդեսի»: Ուսումնասիրությունն արդեն իսկ համարվում է ժամանակակից աստղաֆիզիկայի ամենահետաքրքիր առաջընթացներից մեկը, չնայած դրա արդյունքները հաստատման կարիք ունեն:

Ինչպես է առաջացել մութ նյութի առեղծվածը

Մութ նյութը անտեսանելի նյութ է, որը, ըստ գնահատականների, կազմում է տիեզերքի ամբողջ նյութի ավելի քան 85%-ը: Այն կապում է գալակտիկաները միմյանց, բայց չի փոխազդում սովորական նյութի հետ, բացի ձգողականության ուժից: Հետևաբար, դրա անմիջականորեն հայտնաբերումը համարվում էր գրեթե անհնար:.

Աստղագետ Տոմոնորի Տոտանին բացատրում է, որ սովորական բարիոնային նյութը չափազանց անբավարար է գալակտիկաները միասին պահելու համար: Մոդելները ենթադրում են, որ մութ նյութը հինգ անգամ գերազանցում է դրան՝ ստեղծելով «կմախք», որի շուրջ ձևավորվում են աստղեր և մոլորակներ:.

Ի՞նչ են իրականում հայտնաբերել հետազոտողները։

Մի առաջատար տեսություն պնդում է, որ մութ նյութը կազմված է WIMP-ներից՝ թույլ փոխազդող զանգվածային մասնիկներից։ Երբ դրանք բախվում են, դրանք պետք է ոչնչանան՝ առաջացնելով գամմա ճառագայթներ։ Աստղագետները տասնամյակներ շարունակ փորձել են հայտնաբերել այս ազդանշանը։.

ՆԱՍԱ-ի Ֆերմիի գամմա-ճառագայթային տիեզերական աստղադիտակի 15 տարվա տվյալները վերլուծել է մի խումբ և Ծիր Կաթինի կենտրոնի մոտակայքում հայտնաբերել գամմա-ճառագայթային հալո։.

Ուսումնասիրության հեղինակների խոսքերով՝ «
Մենք հայտնաբերել ենք 20 գիգէլեկտրոնվոլտ ֆոտոնային էներգիայով գամմա ճառագայթներ, որոնք տարածվում են հալոանման կառուցվածքում։ Ճառագայթման ինտենսիվությունը համապատասխանում է WIMP-ի ոչնչացմանը, որի զանգվածը մոտավորապես 500 անգամ մեծ է պրոտոնի զանգվածից»։

Սկեպտիցիզմ և ստուգման անհրաժեշտություն

Ոչ բոլոր գործընկերներն են կիսում այդ ոգևորությունը։ Տեսաբան Կինվա Վուն նշել է.
«Մեզ անհրաժեշտ են արտակարգ ապացույցներ՝ արտակարգ պնդում անելու համար։ Այս վերլուծությունը դեռևս այդ կարգավիճակին չի հասել»։

Տոտանին համաձայն է, որ արդյունքները նախնական են։ Հայտնագործությունը հաստատելու համար անհրաժեշտ է նմանատիպ գամմա-ճառագայթային հետք գտնել Ծիր Կաթինի շուրջ գտնվող թզուկ գալակտիկաներում։ Սա հնարավոր կդառնա ավելի շատ տվյալներ կուտակվելուց հետո։.

Մենք դեռ շատ հեռու ենք վերջնական եզրակացությունների հասնելուց։ Սակայն աստղագետներն արդեն իսկ այս դիտարկումը անվանում են տիեզերքում «ուրվական» նյութի որոնման ամենախոստումնալից որոնումներից մեկը։.

Աստղագետները հայտնել են սենսացիոն արդյունքի մասին. Արեգակնային համակարգը կարող է տիեզերքում շարժվել սպասվածից ավելի քան երեք անգամ ավելի արագ։

Հետազոտողները օգտագործել են LOFAR ռադիոաստղադիտակի ցանցը և երկու այլ գործիքներ՝ ռադիոգալակտիկաների բաշխումն ուսումնասիրելու համար։ Այս արդյունքները կասկածի տակ դրեցին տիեզերագիտության ստանդարտ մոդելը։.

Ռադիո գալակտիկաները պարունակում են ակտիվ միջուկներից սնվող ռադիոճառագայթման հսկայական շրջաններ: Ռադիոալիքները անցնում են գազի և փոշու միջով, ուստի այս մարմինների բաշխումը օգնում է չափել Արեգակնային համակարգի շարժումը: Նրա ուղղությամբ պետք է լինեն մի փոքր ավելի շատ ռադիոգալակտիկաներ, բայց շեղումը այնքան փոքր է, որ միայն չափազանց զգայուն սարքերը կարող են այն հայտնաբերել:.

Խումբը հայտնաբերեց անիզոտրոպիա, որը 3.7 անգամ ավելի ուժեղ էր, քան կանխատեսվում էր։ Սա նշանակում է, որ մեր համակարգը շարժվում է շատ ավելի արագ, քան նախկինում կարծում էին։ Արդյունքները համընկնում են քվազարների՝ գերզանգվածային սև խոռոչներից սնվող հզոր էներգիայի աղբյուրների ինֆրակարմիր դիտարկումների հետ։ Երկու անկախ մեթոդների միջև համընկնումն ցույց է տալիս, որ սա տիեզերքի իրական առանձնահատկությունն է, այլ ոչ թե դիտարկման սխալ։.

Ջոնս Հոփքինսի համալսարանի հետազոտողները հայտնել են, որ Ծիր Կաթինի կենտրոնում գտնվող խորհրդավոր գամմա-ճառագայթների լույսը կարող է լինել մութ նյութի բնույթը բացահայտելու բանալին։.

Ինչպես բացատրվում է հրատարակությունում, այս լույսը տասնամյակներ շարունակ շփոթեցրել է գիտնականներին. դրա ծագումը մնում է անհասկանալի, բայց հիմա ֆիզիկոսներն ունեն նոր բացատրություն։.

Գիտնականները Ֆերմիի գամմա-ճառագայթային տիեզերական աստղադիտակից ստացված տվյալներն օգտագործել են գալակտիկական հալոյում մութ նյութի բաշխումը մոդելավորելու համար: Սա առաջին դեպքն է, երբ Ծիր Կաթինի ձևավորման պատմությունը՝ սկսած դրա ստեղծումից, հաշվի է առնվել իրենց հաշվարկներում: Սիմուլյացիաները ցույց են տվել համապատասխանություն տեսական մասնիկների բաշխման և դիտարկված գամմա-ճառագայթային ազդանշանների միջև, ինչը կարող է վկայել մութ նյութի ներգրավվածության մասին:.

Այնուամենայնիվ, կա այլընտրանքային վարկած. լույսը կարող է առաջանալ արագ պտտվող նեյտրոնային աստղերից՝ միլիվայրկյանային պուլսարներից։ Եթե այդպես է, ապա գալակտիկան պետք է պարունակի շատ ավելի շատ նման օբյեկտներ, քան նախկինում կարծում էին։ Սա մեզ ստիպում է վերանայել աստղային էվոլյուցիայի հիմնարար հասկացությունները։.

Այս տեսությունները ստուգելու համար գիտնականները առաջարկել են մի շարք փորձեր։ Նրանք մտադիր են չափել գամմա ճառագայթների էներգիայի մակարդակները. եթե էներգիաները բարձր են, մեղավոր են պուլսարները, եթե ցածր են, աղբյուրը, հավանաբար, մութ նյութն է։ Նրանք նաև պլանավորում են քարտեզագրել Ծիր Կաթինը շրջապատող թզուկ գալակտիկաներում մութ նյութի բաշխումը և համեմատել այս տվյալները նոր Չերենկովյան աստղադիտակի զանգվածային աստղադիտարանի ապագա դիտարկումների հետ։.

Վերջնական արդյունքները սպասվում են տասնամյակի վերջին։ Եթե վարկածը հաստատվի, մարդկությունն առաջին անգամ ավելի կմոտենա այն բանին, թե ինչից է կազմված տիեզերքի մեծ մասը։ Առայժմ մութ նյութը մնում է տիեզերքի ամենահամառ առեղծվածը։.