մութ նյութ

Գիտնականները կարծում են, որ Ծիր Կաթինը և ամբողջ տեղական գալակտիկաների խումբը գտնվում են մութ նյութի հսկայական շերտի ներսում, ըստ Nature Astronomy-ում հրապարակված ուսումնասիրության: Նոր մոդելը բացատրություն է տալիս մոտակա գալակտիկաների տարօրինակ շարժման համար, որը վաղուց հակասում է ավանդական կարծիքին:.

Աստղագետները Էդվին Հաբլից ի վեր գիտեին, որ տիեզերքը ընդարձակվում է, և գրեթե բոլոր գալակտիկաները հեռանում են միմյանցից: Սակայն Անդրոմեդան՝ ամենամոտ մեծ գալակտիկան, շարժվում է դեպի Ծիր Կաթինը: Սա թվում էր անոմալիա, քանի որ ամբողջ Տեղային խումբը կապված է գրավիտացիոն առումով և պետք է գործի համակարգված ձևով:.

Տեղական խմբի վիրտուալ կրկնօրինակը

Այս անհամապատասխանությունը հասկանալու համար հետազոտողները ստեղծեցին Տեղական խմբի և շրջակա գալակտիկաների վիրտուալ երկվորյակ։ Սիմուլյացիան սկսվեց վաղ տիեզերքի պայմաններից, որոնք որոշվել են տիեզերական միկրոալիքային ֆոնային տվյալներով։ Այնուհետև գիտնականները հետևեցին համակարգի էվոլյուցիային և համեմատեցին վիրտուալ գալակտիկաների շարժումները իրական դիտարկումների հետ։.

Համապատասխանությունը զարմանալիորեն ճշգրիտ էր։ Սակայն մոդելը գործում էր միայն մեկ պայմանով. որ Տեղական խումբը գտնվեր ոչ թե գնդաձև հալոյում, այլ մութ նյութի հարթ շերտի ներսում։ Հաշվարկների համաձայն, այս կառուցվածքը գնահատվում է միլիոնավոր լուսային տարիների չափ։.

Ինչո՞ւ տերև, այլ ոչ թե գունդ։

Ավանդական տիեզերաբանական մոդելը ենթադրում է, որ գալակտիկաները տեղակայված են մութ նյութի զանգվածային գնդաձև հալոների ներսում: Այս դեպքում դրանց շարժումը հիմնականում ազդվում է այդ գնդերի մեջ պարունակվող զանգվածից: Նոր ուսումնասիրությունը առաջարկում է այլ երկրաչափություն, որտեղ զանգվածի բաշխումը մեծ հեռավորությունների վրա նույնպես էական դեր է խաղում:.

Թերթաձև կառուցվածքում մութ նյութի եզրերը մեղմորեն դեպի դուրս են քաշում գալակտիկաները, մինչդեռ հարթությունից դուրս գոյություն ունեն տիեզերական դատարկություններ: Ձգողականության և դատարկությունների այս համադրությունը հստակորեն բացատրում է Տեղական խմբի դիտարկվող դինամիկան: Հենց այս կոնֆիգուրացիան է, ըստ հեղինակների, լուծում նախորդ հակասությունները:.

Ի՞նչ է նշանակում բացումը։

Ուսումնասիրության գլխավոր հեղինակ Էվաուդ Վեմպեն աշխատանքն անվանել է Տեղային խմբում մութ նյութի բաշխման և արագությունների առաջին գնահատականը։ Նա նշել է, որ մոդելը համապատասխանում է ինչպես ընդհանուր տիեզերաբանական տեսությանը, այնպես էլ տեղային դիտարկումներին։ Նրա խոսքով՝ սա հազվագյուտ դեպք է, երբ երկու պատկերներն էլ համընկնում են։.

«Մենք ուսումնասիրում ենք վաղ տիեզերքի բոլոր հնարավոր տեղային կոնֆիգուրացիաները», - բացատրեց Վեմպեն։ Նա ընդգծեց, որ ստացված մոդելը պահանջում է անկախ ստուգում։ Ապագայում գիտնականները պլանավորում են օգտագործել տիեզերական աստղադիտակի տվյալները՝ Տեղական խմբից այն կողմ մութ նյութի նմանատիպ շերտեր որոնելու համար։.

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։.

Սիբիրցի ֆիզիկոսները մշակել են մեթոդ, որը կարող է թույլ տալ հայտնաբերել մութ նյութի թեկնածու մասնիկներ։.

Ռուսաստանի գիտությունների ակադեմիայի (ՌԳԱ) Սիբիրյան մասնաճյուղի Միջուկային ֆիզիկայի ինստիտուտի (ՄՖԻ) հետազոտողները մշակել են մի հայեցակարգ, որը, օգտագործելով իրենց ստեղծած կրիոգեն արգոնի վրա հիմնված դետեկտորը, հնարավորություն կտա հայտնաբերել մութ նյութի թեկնածու մասնիկներ: Գիտնականների աշխատանքը հրապարակվել է The European Physical Journal C-ում:.

Մութ նյութը էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության մեջ չէ, բայց այն փոխազդում է գրավիտացիոն կերպով։ Այն երբեք ուղղակիորեն չի դիտարկվել, բայց կան բազմաթիվ անուղղակի ապացույցներ դրա գոյության համար։ Մութ նյութի հավանական թեկնածուներից մեկը WIMP-ն է (թույլ փոխազդող զանգվածային մասնիկ)։.

Ֆիզիկայում դրա որոնման ամենախոստումնալից միջոցը ներկայումս համարվում է ազնիվ գազերի՝ արգոնի կամ քսենոնի վրա հիմնված երկֆազ դետեկտորների ստեղծումը: Առաջիններն ունեն ավելի զգայուն լինելու առավելությունը, և, որպես արդյունք, կարող են հայտնաբերել դրանց հետ փոխազդող մասնիկի էներգիան, և ավելի հեշտ է մեծացնել դրանց մասշտաբները: INP SB RAS-ի տեղադրումը նույնպես օգտագործում է արգոն:.

Արգոնային դետեկտորների կողմից հայտնաբերված մասնիկների էներգիայի մի մասը վերածվում է ուլտրամանուշակագույն լույսի: Միջուկային ֆիզիկայի ինստիտուտի (SB RAS) հետազոտողները ուսումնասիրել են տեսանելի ճառագայթման մեխանիզմները՝ առանց սպեկտրի տեղաշարժիչների օգտագործման՝ նյութերի, որոնք ընդունակ են վերստին ճառագայթել լույսը ցանկալի տեսանելի տիրույթում:.

Գիտնականները առաջարկել են մութ նյութի մասնիկները հայտնաբերելու այլընտրանքային մոտեցում։ Նրանք ցույց են տվել, որ բավականաչափ ծանր մասնիկները կարող են հայտնաբերվել էլեկտրոլյումինեսցենտային ազդանշանի միջոցով, որը առաջանում է, երբ դրանք բախվում են արգոնի ատոմներին բավականաչափ լիցքավորված միջավայրում։ Եթե մասնիկը ծանր է, այն բավարար էներգիա կփոխանցի արգոնի միջուկին, որպեսզի գիտնականները կարողանան դիտարկել դրա ազդանշանը, նշել է հետազոտողներից մեկը՝ Վլադիսլավ Օլեյնիկովը։.

Կարդացե՛ք աղբյուրը