ნეიტრინო

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.

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.