ასტროფიზიკა

ნეიტრონული ვარსკვლავის მატერიის ერთი ჩაის კოვზი მილიარდობით ტონას იწონის. როდესაც ორი ასეთი ულტრამკვრივი ობიექტი ერთმანეთს ეჯახება, ისინი არა მხოლოდ ძლიერ გრავიტაციულ ტალღებს ქმნიან, არამედ მუდმივ ნაწიბურს ტოვებენ სივრცე-დროის ქსოვილში.

Securitylab.ru-ს ცნობით , მეცნიერთა საერთაშორისო ჯგუფის მიერ ჩატარებული კვლევა, რომელიც გამოქვეყნდა Physical Review Letters-ში, იკვლევს ე.წ. გრავიტაციული ტალღების მეხსიერების ეფექტს. ნეიტრონული ვარსკვლავები სუპერნოვას აფეთქების შემდეგ წარმოიქმნება. ეს კომპაქტური ობიექტები, რომელთა დიამეტრი დაახლოებით 20 კილომეტრია და მასა მზის მასაზე მეტია, შეიცავს მატერიას, რომელიც შეკუმშულია ზღვრამდე: ატომები ნადგურდება და მასალა თითქმის მთლიანად ნეიტრონებისგან შედგება. როდესაც ორი ასეთი ვარსკვლავი ერთმანეთს უახლოვდება, სისტემა იწყებს გრავიტაციული ტალღების გამოსხივებას, რომლებიც უკვე დაფიქსირებულია LIGO-სა და Virgo-ს დეტექტორების მიერ.

მეხსიერების ეფექტი: ტალღა, რომელიც არასდროს ქრება

როგორც წესი, გრავიტაციული ტალღა იჭიმება და იკუმშება სივრცე, რის შემდეგაც ყველაფერი უბრუნდება თავდაპირველ მდგომარეობას. თუმცა, აინშტაინის თეორია სხვა რამეს წინასწარმეტყველებს: ტალღის გავლის შემდეგ, შეიძლება დარჩეს მცირე, მაგრამ მუდმივი ცვლა. დეტექტორში ნაწილაკები ზუსტად არ ბრუნდებიან თავდაპირველ პოზიციებზე. ამ ნარჩენ კვალს მეხსიერების ეფექტი ეწოდება.

პირველი ასეთი გამოთვლები 1974 წელს იაკოვ ზელდოვიჩმა და ალექსანდრე პოლნარევმა ჩაატარეს. მოგვიანებით, დემეტრიოს ქრისტოდულუმ აჩვენა, რომ აინშტაინის განტოლებების არაწრფივობა ამ ეფექტს აძლიერებს. თანამედროვე კვლევამ წვლილის ახალი წყაროები დაამატა - ელექტრომაგნიტური გამოსხივება და ნეიტრინოების ნაკადი.

მაგნიტური ველები, ნეიტრინოები და სიგნალის 50 პროცენტი

ილინოისის უნივერსიტეტის, ათენის აკადემიის, ვალენსიის უნივერსიტეტისა და მონკლერის სახელმწიფო უნივერსიტეტის მეცნიერებმა მოდელირება გაუკეთეს სხვადასხვა მასის, მდგომარეობის განტოლებებისა და მაგნიტური ველის კონფიგურაციების მქონე ნეიტრონული ვარსკვლავების შერწყმას. თითოეული ფაქტორის წვლილის გასაგებად, მათ ცალ-ცალკე გაითვალისწინეს ნეიტრინოებისა და ბარიონული მატერიის გამოტყორცნა.

აღმოჩნდა, რომ მაგნიტური ველები, ნეიტრინოები და გამოტყორცნილი მატერია მთლიანი გრავიტაციული მეხსიერების 15-დან 50 პროცენტამდე შეადგენს. უფრო მეტიც, უფრო ძლიერი მაგნიტური ველი ყოველთვის არ ნიშნავს უფრო დიდ ეფექტს: ზოგიერთ შემთხვევაში, მაგნიტიზებულმა სისტემებმა უფრო მცირე წმინდა მეხსიერება აჩვენეს. შავი ხვრელებისგან განსხვავებით, ნეიტრონულ ვარსკვლავებს მთავარი შეჯახების შემდეგ მეხსიერების უფრო ხანგრძლივი დროის განმავლობაში დაგროვება შეუძლიათ.

ამ ეფექტის დაკვირვება ზოგადი ფარდობითობის მნიშვნელოვანი ტესტი იქნებოდა. მეხსიერების აღმოჩენა მოგვაწვდიდა ინფორმაციას ნეიტრონული ვარსკვლავის მასის, შინაგანი სტრუქტურისა და მაგნიტური ველის შესახებ. გრავიტაციული ტალღების დეტექტორები ეფექტურად შეძლებდნენ ულტრამკვრივი მატერიის შესწავლას, რომელიც ლაბორატორიული ექსპერიმენტებისთვის მიუწვდომელია. მიუხედავად იმისა, რომ ეს მხოლოდ პირველი ნაბიჯია, მეცნიერები იმედოვნებენ, რომ მომავალი დაკვირვებები სამყაროში ამ „ნაწიბურს“ გამოავლენს.

თანამედროვე კოსმოლოგიამ სისტემური კრახი განიცადა. გამოქვეყნებული , სამყაროს ევოლუციის გამოთვლები აღარ ემთხვევა რეალურ დაკვირვებებს. მეცნიერები აღიარებენ, რომ ადრეული კოსმოსიდან მილიარდობით წლის წინანდელი მონაცემების ექსტრაპოლაციისას, თეორია ტელესკოპებისგან განსხვავებულ შედეგს იძლევა.

ფიზიკოსებს ადრეული სამყაროს უაღრესად ზუსტი რუკა აქვთ. ის კოსმოსურ მიკროტალღურ ფონს ეფუძნება და სტანდარტად ითვლება. თუმცა, სტანდარტული მოდელისა და აინშტაინის განტოლებების გამოყენებით, თანამედროვე კოსმოსი უფრო „მოცულობითი“ უნდა იყოს. რეალობა კი სხვაგვარი აღმოჩნდა.

S8 ძაბვა: სადაც თეორია ინგრევა

კოსმოლოგები თავიანთ მოდელებს ორი გზით ამოწმებენ. პირველი ეყრდნობა პლანკის თანამგზავრის მიერ დაფიქსირებული კოსმოსური მიკროტალღური ფონური გამოსხივების ანალიზს. ეს მონაცემები აღწერს სამყაროს 380 000 წლის წინ და საშუალებას აძლევს მათ გამოთვალონ მისი მომავალი.

მეორე მეთოდი თანამედროვე სამყაროს პირდაპირი დაკვირვებაა. ეს მეთოდი სუსტი გრავიტაციული ლინზირების მეთოდს იყენებს. მასა, ძირითადად ბნელი მატერია, ამახინჯებს სივრცე-დროს და ამახინჯებს შორეული გალაქტიკების სინათლეს. ეს დამახინჯებები გამოიყენება მატერიის განაწილების რუკის შესაქმნელად.

პრობლემა ის არის, რომ მეთოდები აღარ ემთხვევა ერთმანეთს. თანამედროვე გაზომვები მატერიის უფრო ერთგვაროვან განაწილებას აჩვენებს. S8 პარამეტრის მნიშვნელობა მოსალოდნელზე დაბალია. შეუსაბამობა 2–3 სიგმას აღწევს. ფიზიკისთვის ეს ან სისტემატურ შეცდომაზე, ან არასრულ მოდელზე მიუთითებს.

ბნელი სექტორი მოულოდნელი კავშირით

სტანდარტულ კოსმოლოგიაში ბნელი მატერია ცივ და პასიურ მატერიად ითვლება. ის გარემომცველ სამყაროსთან თითქმის ექსკლუზიურად გრავიტაციის მეშვეობით ურთიერთქმედებს. ნეიტრინოები ასევე პრაქტიკულად დამოუკიდებელ ნაწილაკებად ითვლება, რომლებიც თავისუფლად მოძრაობენ სივრცეში.

ახალი ნაშრომის ავტორებმა განსხვავებული სცენარი შემოგვთავაზეს. მათ დაუშვეს ბნელ მატერიასა და ნეიტრინოებს შორის ელასტიური გაბნევა. ადრეულ სამყაროში ნეიტრინოები უკიდურესად მკვრივი და სწრაფი იყო. სუსტი ურთიერთქმედებაც კი მათ საშუალებას აძლევდა, იმპულსი გადაეცათ ბნელი მატერიის ნაწილაკებისთვის.

ეს პროცესი იწვევს ფენომენს, რომელსაც დიფუზიური დემპინგი ეწოდება. გრავიტაცია მიდრეკილია ბნელი მატერიის მკვრივ ჰალოებად შეგროვებისკენ, ნეიტრინოების გაფანტვა კი ხელს უშლის ამას. შედეგად, სტრუქტურების ზრდა შენელდება და მცირე სიმკვრივის რყევები გასწორდება.

გამოთვლების თანახმად, სწორედ ეს ამცირებს S8 პარამეტრს. სამყარო დღეს უფრო ერთგვაროვანი ჩანს, ვიდრე სტანდარტული მოდელით იყო პროგნოზირებული ურთიერთქმედებების გარეშე.

მონაცემები, სიმულაციები და აღმოჩენის საზღვრები

ჰიპოთეზის შესამოწმებლად, მეცნიერებმა გააერთიანეს დაკვირვების რამდენიმე დამოუკიდებელი წყარო:

• პლანკის თანამგზავრის მონაცემები
• ACT ტელესკოპის მაღალი კუთხური გარჩევადობის გაზომვები
• DES Y3 მატერიის განაწილების რუკა

ანალიზი მოიცავდა რთულ კომპიუტერულ მოდელირებას და არაწრფივი გრავიტაციის გათვალისწინებას. სტატისტიკურმა ანალიზმა აჩვენა, რომ სტანდარტული ლამბდა-CDM მოდელი მონაცემთა ნაკრების არასაკმარის აღწერას იძლევა. ბნელი მატერიისა და ნეიტრინოს ურთიერთქმედების მოდელი ამ შეუსაბამობას აგვარებს.

ოპტიმალური ურთიერთქმედების სიძლიერე დაახლოებით 10^-4-ის ტოლია. სტატისტიკური მნიშვნელოვნება 3 სიგმას დონეს აღწევს. ფიზიკაში ეს სერიოზულ მტკიცებულებად ითვლება, მაგრამ ჯერ არა აღმოჩენად.

თუ დასკვნები დადასტურდება, ბნელი მატერია აღარ იქნება პასიური ფონური ფენომენი. ის სამყაროში მიმდინარე პროცესების აქტიური მონაწილე გახდება. საბოლოო პასუხს ვერა რუბინის ობსერვატორიისა და CSST ტელესკოპის მიერ მომავალი დაკვირვებები გასცემს.

კოსმოლოგიისა და ასტრონაწილაკების ფიზიკის ჟურნალის ცნობით, ასტრონომებმა ბნელი მატერიის შესაძლო პირველი დაკვირვების შესახებ განაცხადეს . კვლევა უკვე აღიარებულია თანამედროვე ასტროფიზიკის ერთ-ერთ ყველაზე საინტერესო გარღვევად, თუმცა მის შედეგებს დადასტურება სჭირდება

როგორ გაჩნდა ბნელი მატერიის საიდუმლო

ბნელი მატერია უხილავი ნივთიერებაა, რომელიც, სავარაუდოდ, სამყაროში არსებული მთელი მატერიის 85%-ზე მეტს შეადგენს. ის გალაქტიკებს ერთმანეთთან აკავშირებს, მაგრამ ჩვეულებრივ მატერიასთან გრავიტაციის გარდა სხვა გზით არ ურთიერთქმედებს. ამიტომ, მისი პირდაპირი აღმოჩენა თითქმის შეუძლებლად ითვლებოდა.

ასტრონომი ტომონორი ტოტანი განმარტავს, რომ ჩვეულებრივი ბარიონული მატერია ძალიან არასაკმარისია გალაქტიკების ერთად შესანარჩუნებლად. მოდელები ვარაუდობენ, რომ ბნელი მატერია მას ხუთჯერ აღემატება, რაც ქმნის „ჩონჩხს“, რომლის გარშემოც ვარსკვლავები და პლანეტები ყალიბდება.

რა აღმოაჩინეს ზუსტად მკვლევარებმა?

ერთ-ერთი წამყვანი თეორია ამტკიცებს, რომ ბნელი მატერია შედგება WIMP-ებისგან - სუსტად ურთიერთქმედი მასიური ნაწილაკებისგან. შეჯახებისას ისინი უნდა ანიჰილდნენ, რაც გამა-სხივებს წარმოქმნის. ასტრონომები ამ სიგნალის აღმოჩენას ათწლეულების განმავლობაში ცდილობდნენ.

ჯგუფმა გააანალიზა NASA-ს ფერმის გამა-სხივური კოსმოსური ტელესკოპის 15 წლის მონაცემები და ირმის ნახტომის ცენტრის მახლობლად გამა-სხივური ჰალო აღმოაჩინა.

კვლევის ავტორების თქმით, „
ჩვენ აღმოვაჩინეთ გამა-სხივები 20 გიგაელექტრონვოლტის ფოტონის ენერგიით, რომლებიც ჰალოს მსგავს სტრუქტურაში ვრცელდება. გამოსხივების ინტენსივობა შეესაბამება WIMP-ის ანიჰილაციას, რომლის მასა დაახლოებით 500-ჯერ აღემატება პროტონის მასას“.

სკეპტიციზმი და გადამოწმების საჭიროება

ყველა კოლეგა არ იზიარებს ამ ენთუზიაზმს. თეორეტიკოსმა კინვა ვუმ განაცხადა:
„არაჩვეულებრივი განცხადების გასაკეთებლად არაჩვეულებრივი მტკიცებულებები გვჭირდება. ამ ანალიზს ჯერ არ მიუღწევია ეს სტატუსი“.

ტოტანი ეთანხმება, რომ შედეგები წინასწარია. აღმოჩენის დასადასტურებლად აუცილებელია მსგავსი გამა-გამოსხივების ხელმოწერის პოვნა ირმის ნახტომის გარშემო არსებულ ჯუჯა გალაქტიკებში. ეს შესაძლებელი გახდება მას შემდეგ, რაც მეტი მონაცემი დაგროვდება.

საბოლოო დასკვნების გამოტანამდე ჯერ კიდევ შორს ვართ. თუმცა, ასტრონომები ამ დაკვირვებას უკვე უწოდებენ სამყაროში „მოჩვენება“ მატერიის აღმოსაჩენად ჩატარებულ ერთ-ერთ ყველაზე პერსპექტიულ ძიებას.

ასტრონომებმა გამოაცხადეს : მზის სისტემა შესაძლოა კოსმოსში მოსალოდნელზე სამჯერ უფრო სწრაფად მოძრაობდეს.

რადიოგალაქტიკების განაწილების შესასწავლად მკვლევარებმა LOFAR რადიოტელესკოპების ქსელი და ორი სხვა ინსტრუმენტი გამოიყენეს. ამ აღმოჩენებმა კოსმოლოგიის სტანდარტული მოდელი ეჭვქვეშ დააყენა.

რადიოგალაქტიკები შეიცავს აქტიური ბირთვების მიერ გამოსხივებული რადიოგამოსხივების გიგანტურ რეგიონებს. რადიოტალღები გადის გაზსა და მტვერში, ამიტომ ამ ობიექტების განაწილება ხელს უწყობს მზის სისტემის მოძრაობის გაზომვას. მის მიმართულებით ოდნავ მეტი რადიოგალაქტიკა უნდა იყოს, მაგრამ გადახრა იმდენად მცირეა, რომ მხოლოდ უკიდურესად მგრძნობიარე ინსტრუმენტებს შეუძლიათ მისი აღმოჩენა.

გუნდმა აღმოაჩინა ანიზოტროპია, რომელიც პროგნოზირებულზე 3,7-ჯერ უფრო ძლიერი იყო. ეს ნიშნავს, რომ ჩვენი სისტემა გაცილებით სწრაფად მოძრაობს, ვიდრე ადრე ეგონათ. შედეგები ემთხვევა კვაზარების ინფრაწითელ დაკვირვებებს - ზემასიური შავი ხვრელებით მომუშავე ენერგიის მძლავრ წყაროებს. ორ დამოუკიდებელ მეთოდს შორის თანხმობა მიუთითებს, რომ ეს კოსმოსის ნამდვილი მახასიათებელია და არა დაკვირვების შეცდომა.

ჯონს ჰოპკინსის უნივერსიტეტის მკვლევრებმა განაცხადეს, რომ ირმის ნახტომის ცენტრში არსებული იდუმალი გამა-გამოსხივების ნათება შესაძლოა ბნელი მატერიის ბუნების ამოხსნის გასაღები იყოს.

როგორც პუბლიკაციაშია განმარტებული, ეს ნათება მეცნიერებს ათწლეულების განმავლობაში აოცებდათ — მისი წარმოშობა გაურკვეველი რჩება — თუმცა ახლა ფიზიკოსებს ახალი ახსნა აქვთ.

მეცნიერებმა ფერმის გამა-სხივური კოსმოსური ტელესკოპიდან მიღებული მონაცემები გამოიყენეს გალაქტიკურ ჰალოში ბნელი მატერიის განაწილების მოდელირებისთვის. ეს პირველი შემთხვევაა, როდესაც ირმის ნახტომის ჩამოყალიბების ისტორია მისი დაარსებიდან მოყოლებული გათვალისწინებულია მათ გამოთვლებში. სიმულაციებმა აჩვენა თანხვედრა თეორიულ ნაწილაკების განაწილებასა და დაკვირვებულ გამა-სხივურ სიგნალებს შორის, რაც შეიძლება ბნელი მატერიის ჩართულობაზე მიუთითებდეს.

თუმცა, არსებობს ალტერნატიული ჰიპოთეზა: ნათება შეიძლება მოდიოდეს სწრაფად მბრუნავი ნეიტრონული ვარსკვლავებიდან - მილიწამიანი პულსარებიდან. თუ ასეა, გალაქტიკა გაცილებით მეტ ასეთ ობიექტს უნდა შეიცავდეს, ვიდრე აქამდე ეგონათ. ეს გვაიძულებს, ხელახლა განვიხილოთ ვარსკვლავური ევოლუციის ფუნდამენტური კონცეფციები.

ამ თეორიების შესამოწმებლად, მეცნიერებმა ექსპერიმენტების სერია შემოგვთავაზეს. ისინი გამა სხივების ენერგიის დონის გაზომვას გეგმავენ: თუ ენერგიები მაღალია, დამნაშავე პულსარებია; თუ დაბალია, წყარო, სავარაუდოდ, ბნელი მატერიაა. ისინი ასევე გეგმავენ ირმის ნახტომის გარშემო ჯუჯა გალაქტიკებში ბნელი მატერიის განაწილების რუკაზე დატანას და ამ მონაცემების შედარებას ახალი ჩერენკოვის ტელესკოპის მასივის ობსერვატორიიდან მომავალ დაკვირვებებთან.

საბოლოო შედეგები ათწლეულის ბოლოსთვის არის მოსალოდნელი. თუ ჰიპოთეზა დადასტურდება, კაცობრიობა პირველად მიუახლოვდება იმის გაგებას, თუ რისგან შედგება სამყაროს დიდი ნაწილი. ამ ეტაპზე, ბნელი მატერია კოსმოსის ყველაზე ჯიუტ საიდუმლოდ რჩება.