ბნელი მატერია

  • აღმოჩნდა, რომ ირმის ნახტომი ბნელი მატერიის გიგანტურ ფენაში მდებარეობს

    აღმოჩნდა, რომ ირმის ნახტომი ბნელი მატერიის გიგანტურ ფენაში მდებარეობს

    ჟურნალ „Nature Astronomy“-ში გამოქვეყნებული კვლევის თანახმად, მეცნიერები თვლიან, რომ ირმის ნახტომი და გალაქტიკების მთელი ადგილობრივი ჯგუფი ბნელი მატერიის უზარმაზარ ფენაში მდებარეობს. ახალი მოდელი ახლომდებარე გალაქტიკების უცნაური მოძრაობის ახსნას გვთავაზობს, რაც დიდი ხანია ეწინააღმდეგება საყოველთაოდ მიღებულ შეხედულებებს.

    ასტრონომებმა ედვინ ჰაბლის დროიდან იციან, რომ სამყარო ფართოვდება და თითქმის ყველა გალაქტიკა ერთმანეთს შორდება. თუმცა, ანდრომედა, უახლოესი დიდი გალაქტიკა, ირმის ნახტომისკენ მოძრაობს. ეს ანომალიად ჩანდა, რადგან მთელი ლოკალური ჯგუფი გრავიტაციულად არის დაკავშირებული და კოორდინირებულად უნდა მოქმედებდეს.

    ადგილობრივი ჯგუფის ვირტუალური დუბლიორი

    ამ შეუსაბამობის გასაგებად, მკვლევრებმა შექმნეს ლოკალური ჯგუფისა და მიმდებარე გალაქტიკების ვირტუალური ტყუპისცალი. სიმულაცია დაიწყო ადრეული სამყაროს პირობებით, რომლებიც განისაზღვრა კოსმოსური მიკროტალღური ფონის მონაცემებით. შემდეგ მეცნიერებმა სისტემის ევოლუციას მიჰყვნენ და ვირტუალური გალაქტიკების მოძრაობები რეალურ დაკვირვებებს შეადარეს.

    დამთხვევა საოცრად ზუსტი აღმოჩნდა. თუმცა, მოდელი მხოლოდ ერთი პირობით მუშაობდა: ლოკალური ჯგუფი განლაგებული ყოფილიყო არა სფერულ ჰალოში, არამედ ბნელი მატერიის ბრტყელ ფენაში. გამოთვლების თანახმად, ეს სტრუქტურა მილიონობით სინათლის წლის ზომისაა.

    რატომ ფოთოლი და არა სფერო?

    ტრადიციული კოსმოლოგიური მოდელი ვარაუდობს, რომ გალაქტიკები განლაგებულია ბნელი მატერიის მასიურ სფერულ ჰალოებში. ამ შემთხვევაში, მათ მოძრაობაზე გავლენას ახდენს, ძირითადად, ამ სფეროებში არსებული მასა. ახალი კვლევა გვთავაზობს განსხვავებულ გეომეტრიას, რომელშიც მასის განაწილება დიდ მანძილებზე ასევე მნიშვნელოვან როლს ასრულებს.

    ფურცლის მსგავს სტრუქტურაში, ბნელი მატერიის კიდეები ნაზად იზიდავს გალაქტიკებს გარეთ, ხოლო კოსმოსური სიცარიელეები სიბრტყის გარეთ არსებობს. გრავიტაციისა და სიცარიელეების ეს კომბინაცია ნათლად ხსნის ლოკალური ჯგუფის დაკვირვებულ დინამიკას. ავტორების აზრით, სწორედ ეს კონფიგურაცია წყვეტს წინა წინააღმდეგობებს.

    გახსნა რას ნიშნავს?

    კვლევის წამყვანმა ავტორმა, ევაუდ ვემპემ, ნაშრომს ლოკალურ ჯგუფში ბნელი მატერიის განაწილებისა და სიჩქარეების პირველი შეფასება უწოდა. მან აღნიშნა, რომ მოდელი თავსებადია როგორც ზოგად კოსმოლოგიურ თეორიასთან, ასევე ლოკალურ დაკვირვებებთან. მისი თქმით, ეს იშვიათი შემთხვევაა, როდესაც ორივე სურათი ემთხვევა.

    „ჩვენ ვიკვლევთ ადრეული სამყაროს ყველა შესაძლო ლოკალურ კონფიგურაციას“, - განმარტა უემპემ. მან ხაზგასმით აღნიშნა, რომ შედეგად მიღებულ მოდელს დამოუკიდებელი გადამოწმება სჭირდება. მომავალში მეცნიერები გეგმავენ კოსმოსური ტელესკოპის მონაცემების გამოყენებას ლოკალური ჯგუფის მიღმა ბნელი მატერიის მსგავსი ფენების მოსაძებნად.

  • „ჩვენ სამყაროს არასწორად ვითვლიდით“: ფიზიკის ახალი სიგნალი

    „ჩვენ სამყაროს არასწორად ვითვლიდით“: ფიზიკის ახალი სიგნალი

    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.

  • სინათლის გარეშე გალაქტიკა: ასტრონომებმა აღმოაჩინეს ობიექტი, რომელიც ბნელი მატერიისა და აირისგან შედგება

    სინათლის გარეშე გალაქტიკა: ასტრონომებმა აღმოაჩინეს ობიექტი, რომელიც ბნელი მატერიისა და აირისგან შედგება

    ასტრონომებმა მოიპოვეს პირველი პირდაპირი დაკვირვებითი მტკიცებულება თითქმის მთლიანად ვარსკვლავებისგან დაცლილი გალაქტიკის შესახებ. განსახილველი ობიექტია ღრუბელი-9, სტრუქტურა, რომელიც შედგება ბნელი მატერიისა და აირისგან. ადრე ასეთი ობიექტები მხოლოდ თეორიულ მოდელებში არსებობდა.

    ღრუბელი-9 კლასიფიცირდება, როგორც RELHIC — პატარა ბნელი მატერიის ჰალო, რომელსაც შეუძლია გაზის შენარჩუნება, მაგრამ არ იწვევს ვარსკვლავების ფორმირებას. აღმოჩენა ადასტურებს „ჩავარდნილი“ გალაქტიკების ჰიპოთეზას, რომლებიც უხილავი რჩებიან ოპტიკური ტელესკოპებისთვის.

    თეორიიდან დაკვირვებებამდე

    თანამედროვე კოსმოლოგია ვარაუდობს, რომ დიდი აფეთქების შემდეგ ბნელმა მატერიამ გრავიტაციული ჰალოები წარმოქმნა. დიდ ჰალოებში გაზი შეიკუმშა და ვარსკვლავები წარმოიქმნა. პატარა ჰალოებში კი გაზი რეიონიზაციის ეპოქაში გათბობის გამო დაიკარგა.

    თეორია შუალედური სცენარის შესაძლებლობას იძლეოდა. ასეთ ჰალოებს შეეძლოთ გაცხელებული გაზის შენარჩუნება, მაგრამ ვარსკვლავების ფორმირება არა. მათში გრავიტაცია აბალანსებს გაზის თერმულ წნევას. ამ ობიექტებს RELHIC-ები უწოდეს.

    ღრუბელი-9 ამ მოდელის იდეალური განსახიერება აღმოჩნდა. ის შეიცავს გაზს, მაგრამ თითქმის მთლიანად მოკლებულია ვარსკვლავურ პოპულაციებს. აქამდე ასეთი სტრუქტურები მხოლოდ კომპიუტერულ სიმულაციებში არსებობდა.

    რადიო სიგნალი სინათლის გარეშე

    აღმოჩენა დაიწყო ნეიტრალური წყალბადის რადიოდაკვირვებებით 21 სანტიმეტრის ტალღის სიგრძეზე. სიგნალი დააფიქსირა FAST რადიოტელესკოპმა გალაქტიკა M94-ის მახლობლად. ვერიფიკაციისთვის გამოყენებული იქნა VLA და Green Bank Telescope.

    რადიოს მონაცემებმა აჩვენა:

    • გაზის მასა, რომელიც დაახლოებით 1.4 მილიონი მზის მასის ეკვივალენტურია
    • ღრუბლის რადიუსი დაახლოებით 1.4 კილოპარსეკია
    • გაზის მშვიდი მოძრაობა დამახასიათებელი ბრუნვის გარეშე

    ეს პარამეტრები ემთხვეოდა RELHIC-ის თეორიულ მოლოდინებს. თუმცა, მთავარი კითხვა კვლავ რჩებოდა: იყო თუ არა იქ ვარსკვლავები.

    პასუხის მოსაძებნად მეცნიერებმა გამოიყენეს ჰაბლის კოსმოსური ტელესკოპი. ღრმა ვიზუალიზაციამ არც ვარსკვლავთგროვები და არც ცალკეული წითელი გიგანტები არ გამოავლინა. მოდელირებამ აჩვენა, რომ 10⁴ მზის მასის ვარსკვლავური მასაც კი 99,5%-იანი ალბათობით იქნებოდა დაფიქსირებული.

    გაზისა და ვარსკვლავური მასის თანაფარდობა 443-ს აჭარბებს. ჩვეულებრივ ჯუჯა გალაქტიკებში ის იშვიათად აღემატება 10-ს. ეს ადრეულ ეტაპებზე ვარსკვლავთწარმოქმნის დათრგუნვაზე მიუთითებს.

    რატომ ცვლის Cloud-9 კოსმოლოგიას

    მეცნიერებმა განიხილეს . მე-9 ღრუბელი მოქცევის ნარჩენები არ არის, რადგან მას რეგულარული ფორმა და იზოლაცია აქვს. ის ირმის ნახტომთან არ ასოცირდება, რადგან M94-ის სიჩქარით მოძრაობს. ასევე გამოირიცხა დროებითი გაზის ღრუბლის იდეა: ბნელი მატერიის გარეშე ობიექტი სწრაფად დაიშლება.

    ღრუბელი-9 ადასტურებს ვარსკვლავების გარეშე ბნელი ჰალოების არსებობას. ეს ხელს უწყობს „დაკარგული კომპანიონების“ პრობლემის გადაჭრას. ისინი არ გამქრალან — ისინი უბრალოდ არ ანათებენ.

    ასეთი ობიექტები ბნელი მატერიის შესასწავლად უნიკალურ ლაბორატორიებად იქცევა. მათ არ გააჩნიათ სუპერნოვები და ვარსკვლავური ქარები. გაზი ჰიდროსტატიკურ წონასწორობაშია და პირდაპირ ასახავს გრავიტაციულ პოტენციალს.

    ჯეიმს ვების ტელესკოპი საბოლოო გამოცდის ჩასატარებლად ემზადება. თუ ის უძველეს, ცივ ვარსკვლავებსაც კი ვერ დააფიქსირებს, ასტრონომია ახალ ინსტრუმენტს მიიღებს. ბნელი მატერია შესწავლილი იქნება გალაქტიკების მეშვეობით, რომლებიც მილიარდობით წლის განმავლობაში მოძრაობდნენ სამყაროში და არასდროს განათებულან.

  • მეცნიერებმა ბნელი მატერიის პირველი აღმოჩენა გამოაცხადეს

    მეცნიერებმა ბნელი მატერიის პირველი აღმოჩენა გამოაცხადეს

    ასტრონომებმა განაცხადეს ბნელი მატერიის შესაძლო პირველი დაკვირვების შესახებ

    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.

  • რუსმა ფიზიკოსებმა ბნელი მატერიის აღმოჩენის გზა იპოვეს

    რუსმა ფიზიკოსებმა ბნელი მატერიის აღმოჩენის გზა იპოვეს

    ციმბირელმა ფიზიკოსებმა შეიმუშავეს მეთოდი, რომელიც ბნელი მატერიის კანდიდატი ნაწილაკების აღმოჩენის საშუალებას იძლევა.

    რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის (SB RAS) ციმბირის ფილიალის ბირთვული ფიზიკის ინსტიტუტის (INP) მკვლევრებმა შეიმუშავეს კონცეფცია, რომელიც მათ მიერ შექმნილი კრიოგენული არგონზე დაფუძნებული დეტექტორის გამოყენებით, შესაძლებელს გახდის ბნელი მატერიის კანდიდატი ნაწილაკების აღმოჩენას. მეცნიერების ნაშრომი გამოქვეყნდა The European Physical Journal C-ში.

    ბნელი მატერია ელექტრომაგნიტურად არ ურთიერთქმედებს, მაგრამ გრავიტაციულად ურთიერთქმედებს. ის არასდროს ყოფილა პირდაპირი დაკვირვების ობიექტი, მაგრამ მისი არსებობის უამრავი არაპირდაპირი მტკიცებულება არსებობს. ბნელი მატერიის ერთ-ერთი სავარაუდო კანდიდატია WIMP (სუსტად ურთიერთქმედებადი მასიური ნაწილაკი).

    ფიზიკაში მისი ძიების ყველაზე პერსპექტიულ გზად ამჟამად კეთილშობილ აირებზე - არგონზე ან ქსენონზე დაფუძნებული ორფაზიანი დეტექტორების შექმნა ითვლება. პირველებს უპირატესობა აქვთ, რომ უფრო მგრძნობიარეები არიან და, შედეგად, შეუძლიათ მათთან ურთიერთქმედების დროს ნაწილაკების ენერგიის აღმოჩენა და მათი მასშტაბირება უფრო ადვილია. INP SB RAS-ის დამონტაჟება ასევე იყენებს არგონს.

    არგონის დეტექტორებით აღმოჩენილი ნაწილაკების ენერგიის ნაწილი ულტრაიისფერ სინათლედ გარდაიქმნება. ბირთვული ფიზიკის ინსტიტუტის (SB RAS) მკვლევარებმა შეისწავლეს ხილული გამოსხივების მექანიზმები სპექტრის გადამრთველების გამოყენების გარეშე - მასალები, რომლებსაც შეუძლიათ სინათლის ხელახლა გამოსხივება სასურველ ხილულ დიაპაზონში.

    მეცნიერებმა შემოგვთავაზეს ბნელი მატერიის ნაწილაკების აღმოჩენის ალტერნატიული მიდგომა. მათ აჩვენეს, რომ საკმარისად მძიმე ნაწილაკების აღმოჩენა შესაძლებელია ელექტროლუმინესცენტური სიგნალის გამოყენებით, რომელიც წარმოიქმნება საკმარისად დამუხტულ გარემოში არგონის ატომებთან შეჯახებისას. თუ ნაწილაკი მძიმეა, ის საკმარის ენერგიას გადასცემს არგონის ბირთვს, რათა მეცნიერებმა დააკვირდნენ მის სიგნალს, აღნიშნა ერთ-ერთმა მკვლევარმა, ვლადისლავ ოლეინიკოვმა.

    წაიკითხეთ წყარო