астрофизика

Бір шай қасық нейтрон жұлдызы затының салмағы миллиардтаған тоннаны құрайды. Осындай екі аса тығыз нысан соқтығысқан кезде, олар тек қуатты гравитациялық толқындарды ғана емес, сонымен қатар кеңістік-уақыт құрылымында мәңгілік тыртық қалдырады.

Securitylab.ru хабарлауынша , Physical Review Letters журналында жарияланған халықаралық ғалымдар тобының зерттеуі гравитациялық толқындарды есте сақтау эффектісін зерттейді. Нейтрондық жұлдыздар аса жаңа жұлдыз жарылысынан кейін пайда болады. Диаметрі шамамен 20 шақырым және массасы Күннің массасынан үлкен бұл ықшам нысандарда шегіне дейін сығылған зат бар: атомдар жойылады, ал материал толығымен дерлік нейтрондардан тұрады. Мұндай екі жұлдыз бір-біріне жақындағанда, жүйе LIGO және Virgo детекторларымен анықталған гравитациялық толқындарды шығара бастайды.

Есте сақтау әсері: ешқашан кетпейтін толқын

Әдетте, гравитациялық толқын кеңістікті созып, қысады, содан кейін бәрі бастапқы қалпына келеді. Дегенмен, Эйнштейннің теориясы басқа нәрсені болжайды: толқын өткеннен кейін кішкентай, бірақ тұрақты ығысу қалуы мүмкін. Детектордағы бөлшектер бастапқы орындарына дәл оралмайды. Бұл қалдық із жад эффектісі деп аталады.

Мұндай алғашқы есептеулерді Яков Зельдович пен Александр Полнарев 1974 жылы жүргізді. Кейінірек Деметриос Христодулу Эйнштейн теңдеулерінің сызықтық еместігі бұл әсерді күшейтетінін көрсетті. Қазіргі заманғы зерттеулер жаңа үлес көздерін – электромагниттік сәулеленуді және нейтрино ағынын қосты.

Магнит өрістері, нейтринолар және сигналдың 50 пайызы

Иллинойс университетінің, Афины академиясының, Валенсия университетінің және Монклер мемлекеттік университетінің ғалымдары массалары, күй теңдеулері және магнит өрісінің конфигурациялары әртүрлі нейтрондық жұлдыздардың бірігуін модельдеді. Олар әрбір фактордың үлесін түсіну үшін нейтринолар мен бариондық заттардың лақтырылуын бөлек ескерді.

Магнит өрістері, нейтринолар және лақтырылған заттар жалпы гравитациялық жадтың 15-тен 50 пайызына дейін құрайтыны белгілі болды. Сонымен қатар, күшті магнит өрісі әрқашан үлкен әсерді білдірмейді: кейбір жағдайларда магниттелген жүйелер таза жадтың кішірек екенін көрсетті. Қара құрдымдардан айырмашылығы, нейтрондық жұлдыздар негізгі соқтығысудан кейін жадты ұзағырақ жинай алады.

Бұл әсерді бақылау жалпы салыстырмалылық теориясының маңызды сынағы болар еді. Есте сақтауды анықтау нейтрондық жұлдыздың массасы, ішкі құрылымы және магнит өрісі туралы ақпарат береді. Гравитациялық толқын детекторлары зертханалық тәжірибелер үшін қолжетімді емес аса тығыз затты тиімді түрде зерттей алады. Бұл тек алғашқы қадам болғанымен, ғалымдар болашақ бақылаулар ғаламдағы бұл «тыртықты» ашады деп үміттенеді.

Қазіргі заманғы космология жүйелік сәтсіздікке тап болды. Nature Astronomy журналында жарияланған зерттеуге сәйкес , Әлемнің эволюциясы туралы есептеулер енді нақты бақылаулармен сәйкес келмейді. Ғалымдар алғашқы ғарыштан алынған деректерді миллиардтаған жылдар бойы болашаққа экстраполяциялаған кезде теория телескоптардан өзгеше нәтиже беретінін мойындайды.

Физиктер алғашқы Әлемнің өте дәл картасына ие. Ол ғарыштық микротолқынды фонға негізделген және стандарт болып саналады. Дегенмен, Стандартты модель мен Эйнштейн теңдеулерін қолдана отырып, қазіргі ғарыш «кесек» болуы керек. Шындық басқаша болып шықты.

S8 кернеуі: теорияның бұзылуы

Космологтар өз модельдерін екі жолмен тексереді. Біріншісі Планк серігі жазып алған ғарыштық микротолқынды фон сәулеленуін талдауға негізделген. Бұл деректер 380 000 жыл бұрынғы ғаламды сипаттайды және олардың болашағын есептеуге мүмкіндік береді.

Екінші әдіс - қазіргі Әлемді тікелей бақылау. Бұл әдіс әлсіз гравитациялық линзалау әдісін қолданады. Масса, негізінен қараңғы материя, кеңістік-уақытты бұрмалайды және алыс галактикалардың жарығын бұрмалайды. Бұл бұрмалаулар материяның таралу картасын құру үшін қолданылады.

Мәселе әдістердің енді сәйкес келмеуінде. Қазіргі өлшемдер заттың біркелкі таралуын көрсетеді. S8 параметрінің мәні күтілгеннен төмен. Айырмашылық 2-3 сигмаға жетеді. Физика үшін бұл жүйелі қатені немесе толық емес модельді көрсетеді.

Күтпеген байланысы бар қараңғы сектор

Стандартты космологияда қараңғы материя суық және пассивті болып саналады. Ол қоршаған әлеммен тек гравитация арқылы әрекеттеседі. Нейтринолар сонымен қатар кеңістікке еркін енетін іс жүзінде тәуелсіз бөлшектер болып саналады.

Жаңа мақаланың авторлары басқа сценарий ұсынды. Олар қараңғы материя мен нейтринолар арасында серпімді шашырауға мүмкіндік берді. Алғашқы ғаламда нейтринолар өте тығыз және жылдам болды. Тіпті әлсіз өзара әрекеттесу оларға қараңғы материя бөлшектеріне импульс беруге мүмкіндік берді.

Бұл процесс диффузиялық демпферлеу деп аталатын құбылысқа әкеледі. Гравитация қараңғы материяны тығыз галоға жинауға бейім, ал нейтрино шашырауы бұған жол бермейді. Нәтижесінде құрылымдардың өсуі баяулайды және тығыздықтың шағын ауытқулары тегістеледі.

Есептеулерге сәйкес, бұл S8 параметрін төмендетеді. Әлем бүгінгі таңда өзара әрекеттесусіз стандартты модель болжағаннан гөрі біртекті болып көрінеді.

Деректер, модельдеу және ашылу шектері

Гипотезаны тексеру үшін ғалымдар бірнеше тәуелсіз бақылау көздерін біріктірді:

• Планк спутнигінің деректері
• ACT телескопының жоғары бұрыштық ажыратымдылықтағы өлшемдері
• DES Y3 затының таралу картасы

Талдау күрделі компьютерлік модельдеуді және сызықтық емес гравитацияны қарастыруды қамтыды. Статистикалық талдау стандартты Lambda-CDM моделі деректер жиынтығының нашар сипаттамасын беретінін көрсетті. Қараңғы материя мен нейтрино өзара әрекеттесуі бар модель сәйкессіздікті жояды.

Оңтайлы өзара әрекеттесу күші шамамен 10^-4 деп бағаланады. Статистикалық маңыздылығы 3 сигма деңгейіне жетеді. Физикада бұл маңызды дәлел болып саналады, бірақ әлі жаңалық емес.

Егер зерттеу нәтижелері расталса, қараңғы материя пассивті фондық құбылыс болудан қалады. Ол Әлемдегі процестердің белсенді қатысушысына айналады. Вера Рубин обсерваториясы мен CSST телескопының болашақ бақылаулары соңғы жауапты беруі керек.

Астрономдар хабарлады , деп хабарлайды Journal of Cosmology and Astropharticles Physics. Бұл зерттеу қазіргі заманғы астрофизикадағы ең қызықты жаңалықтардың бірі ретінде бағаланып жатыр, дегенмен оның нәтижелері растауды қажет етеді.

Қараңғы материяның жұмбағы қалай пайда болды

Қараңғы материя – Әлемдегі барлық материяның 85%-дан астамын құрайтын көрінбейтін зат. Ол галактикаларды бір-бірімен байланыстырады, бірақ қарапайым материямен гравитациядан басқа ешқандай әрекеттеспейді. Сондықтан оны тікелей анықтау мүмкін емес деп саналды.

Астроном Томонори Тотани кәдімгі бариондық материя галактикаларды біріктіріп ұстау үшін тым жеткіліксіз екенін түсіндіреді. Модельдер қараңғы материяның саны одан бес есе көп екенін, бұл жұлдыздар мен планеталардың пайда болуына себеп болатын «қаңқа» жасайтынын көрсетеді.

Зерттеушілер нақты не тапты?

Бір жетекші теория қараңғы материяның әлсіз өзара әрекеттесетін массивтік бөлшектерден – WIMP-терден тұратынын айтады. Олар соқтығысқан кезде, олар жойылып, гамма сәулелерін шығаруы керек. Астрономдар бұл сигналды ондаған жылдар бойы анықтауға тырысып келеді.

NASA-ның Ферми гамма-сәулелі ғарыштық телескопынан алынған 15 жылдық деректерді талдаған топ Құс жолының орталығына жақын жерде гамма-сәулелі гало тапты.

Зерттеу авторларының айтуынша, «
Біз гало тәрізді құрылымда таралатын 20 гигаэлектронвольт фотон энергиясы бар гамма-сәулелерді анықтадық. Сәулелену қарқындылығы протонның массасынан шамамен 500 есе үлкен WIMP-тің жойылуына сәйкес келеді».

Скептицизм және тексеру қажеттілігі

Барлық әріптестер бұл ынтаны бөлісе бермейді. Теоретик Кинва Ву:
«Бізге ерекше тұжырым жасау үшін ерекше дәлелдер қажет. Бұл талдау әлі ондай мәртебеге жеткен жоқ», - деді.

Тотани нәтижелердің алдын ала екендігімен келіседі. Жаңалықты растау үшін Құс жолының айналасындағы ергежейлі галактикалардан да осындай гамма-сәулелік қолтаңбаны табу қажет. Бұл қосымша деректер жиналғаннан кейін мүмкін болады.

Біз әлі нақты қорытындыларға жетуден алыспыз. Бірақ астрономдар бұл бақылауды Әлемдегі «елестер» материясын іздеудің ең перспективалы зерттеулерінің бірі деп атайды.

Астрономдар туралы хабарлады : Күн жүйесі ғарышта күтілгеннен үш еседен астам жылдамдықпен қозғалуы мүмкін.

Зерттеушілер радиогалактикалардың таралуын зерттеу үшін LOFAR радиотелескоп желісін және басқа екі құралды пайдаланды. Бұл зерттеулер космологияның стандартты моделіне күмән келтірді.

Радиогалактикаларда белсенді ядролармен қуатталатын алып радиосәулелену аймақтары бар. Радиотолқындар газ бен шаң арқылы өтеді, сондықтан бұл нысандардың таралуы Күн жүйесінің қозғалысын өлшеуге көмектеседі. Оның бағытында сәл көбірек радиогалактикалар болуы керек, бірақ ауытқу соншалықты аз, оны тек өте сезімтал аспаптар ғана анықтай алады.

Топ болжанғаннан 3,7 есе күшті анизотропияны анықтады. Бұл біздің жүйеміз бұрын ойлағаннан әлдеқайда жылдам қозғалатынын білдіреді. Нәтижелер квазарлардың - аса үлкен қара құрдымдармен қуатталатын қуатты энергия көздерінің инфрақызыл бақылауларымен сәйкес келеді. Екі тәуелсіз әдістің сәйкестігі бұл ғарыштың шынайы ерекшелігі екенін және бақылау қателігі емес екенін көрсетеді.

Джонс Хопкинс университетінің зерттеушілері Құс жолының орталығындағы жұмбақ гамма-сәуле жарқылы қараңғы материяның табиғатын ашудың кілті болуы мүмкін екенін хабарлады.

Басылым түсіндіргендей, бұл жарқыл ғалымдарды ондаған жылдар бойы таң қалдырды — оның шығу тегі белгісіз — бірақ қазір физиктер жаңа түсініктеме алды.

Ғалымдар галактикалық галодағы қараңғы материяның таралуын модельдеу үшін Ферми гамма-сәулелі ғарыштық телескопының деректерін пайдаланды. Бұл Құс жолының пайда болғаннан бастап қалыптасу тарихы олардың есептеулерінде алғаш рет ескерілген. Модельдеу теориялық бөлшектердің таралуы мен байқалған гамма-сәулелі сигналдар арасындағы сәйкестікті көрсетті, бұл қараңғы материяның қатысуын көрсетуі мүмкін.

Дегенмен, балама гипотеза бар: жарқырау тез айналатын нейтрондық жұлдыздардан — миллисекундтық пульсарлардан шығуы мүмкін. Егер солай болса, галактикада бұрын ойлағаннан да көп осындай нысандар болуы керек. Бұл бізді жұлдыздар эволюциясының негізгі тұжырымдамаларын қайта қарауға мәжбүр етеді.

Бұл теорияларды тексеру үшін ғалымдар бірқатар тәжірибелер ұсынды. Олар гамма-сәулелердің энергия деңгейлерін өлшеуді көздейді: егер энергия жоғары болса, пульсарлар кінәлі; егер олар төмен болса, көзі қараңғы материя болуы мүмкін. Сондай-ақ, олар Құс жолын қоршаған ергежейлі галактикалардағы қараңғы материяның таралуын картаға түсіріп, бұл деректерді жаңа Черенков телескоп массиві обсерваториясының болашақ бақылауларымен салыстыруды жоспарлап отыр.

Соңғы нәтижелер онжылдықтың соңына қарай күтілуде. Егер гипотеза расталса, адамзат алғаш рет Әлемнің басым көпшілігі неден тұратынын түсінуге жақындайды. Қазіргі уақытта қараңғы материя ғарыштың ең қиын жұмбағы болып қала береді.