Ciemna materia — "obcy" dla астрофизиков?

Z całym naszym rozumieniu praw fizyki i sukcesach modelu Standardowego i ogólnej teorii względności, we Wszechświecie istnieje wiele obserwowanych zjawisk, których nie da się wyjaśnić. Wszechświat jest pełen zagadek, począwszy od formowania się gwiazd i do высокоэнергетическими kosmicznych promieni. Chociaż stopniowo odkrywamy dla siebie przestrzeń, do tej pory nie wiemy wszystkiego. Na przykład, wiemy, że ciemna materia istnieje, ale nie wiemy, jakie są jego właściwości. Czy to znaczy, że musimy przypisywać przejawów ciemnej materii wszystkie nieznane efekty?

Zagadki na temat ciemnej materii tyle samo, ile i dowodów jej istnienia. Ale winić ciemną materię we wszystkich tajemniczych przejawach kosmosu nie tylko krótkowzroczna, ale i źle. Tak bywa, gdy naukowcy kończą się dobre pomysły.

Dwa jasne duże galaktyki w centrum gromady Coma, każda ponad milion lat świetlnych w rozmiarach. Galaktyki na krańcach wskazują na istnienie wielkiego halo ciemnej materii w całym zapychaniu się.

Ciemna materia istnieje we Wszechświecie, wszędzie. Po raz pierwszy do niej zwrócili się w 1930 roku, aby wyjaśnić szybki ruch poszczególnych galaktyk w galaktycznych skupiskach. Stało się to dlatego, że całej zwykłej materii — substancji, składający się z protonów, neutronów i elektronów, to nie wystarczy, aby wyjaśnić łączna ilość grawitacji. Tu są gwiazdy, planety, gaz, pył, межзвездная i międzygalaktycznej plazma, czarne dziury i wszystko, co możemy zmierzyć. Linie dowodów, obsługujących ciemną materię, są liczne i przekonujące, jak zauważa fizyk Ethan Зигель.

Ciemna materia jest konieczna dla wyjaśnienia:

• wirowych właściwości poszczególnych galaktyk,
• tworzenie się galaktyk, w różnych rozmiarach, od gigantycznych eliptycznych do galaktyk wielkości drogi mlecznej i małych galaktyk karłowatych obok nas,
• interakcji między parami galaktyk,
• właściwości gromad galaktyk i gromad galaktycznych na dużą skalę,
• kosmicznej sieci, w tym jej nici strukturę,
• zakres wahań kosmicznego mikrofalowego tła,
• obserwowane efekty grawitacyjnego soczewkowania odległych mas,
• obserwowany podział między efektami grawitacji i obecnością zwykłej materii w starciach gromad galaktycznych.

W małej skali poszczególnych galaktyk, a w skali całego Wszechświata, ciemna materia jest potrzebna.

Jeśli umieścić to wszystko w kontekście reszty kosmologii, uważamy, że każda galaktyka, w tym własne, zawiera ogromne rozproszone halo ciemnej materii wokół jej. W odróżnieniu od gwiazd, gazu i pyłu w naszej galaktyce, które znajdują się w przeważającej części w twardym, halo ciemnej materii musi być kulisty, ponieważ w odróżnieniu od zwykłej (na podstawie atomów) materii, ciemna materia nie jest skracany", kiedy ściskamy ją. Również ciemna materia musi być gęstsze od centrum galaktyki i ciągnąć się dziesięć razy dalej niż gwiazdy samej galaktyki. Wreszcie, muszą być małe kępy ciemnej materii w każdym halo.

Aby odtworzyć pełny zestaw obserwacji, wymienionych powyżej, a także inne, ciemna materia nie musi mieć żadnych właściwości, z wyjątkiem następujących: musi mieć masę; powinna ona oddziaływać grawitacyjnie; musi poruszać powoli względności prędkość światła; to nie musi silnie oddziaływać za pośrednictwem innych sił. Wszystkie z nich. Żadnych innych interakcji mocno ograniczone, ale nie jest wykluczone.

Dlaczego za każdym razem, gdy odbywa się астрофизическое obserwacja z nadmiarem zwykłej cząsteczki określonego typu — fotonów, позитронов, антипротонов — ludzie najpierw mówią o ciemnej materii?

Na początku tego tygodnia zespół naukowców badająca źródła promieniowania gamma wokół pulsarów, opublikował swoje wyniki w "Science". W swojej pracy starali się lepiej zrozumieć, skąd wziął się obserwujący nas nadmiar позитронов. A protony, antypody elektronów, zazwyczaj rodzą się na kilka sposobów: przy przyspieszaniu zwykłych cząstek do dość wysokich energii, w przypadku zderzenia z innymi cząsteczkami substancji i produkcją e-позитронных pary według wzoru Einsteina E = mc². Tworzymy takie pary w trakcie eksperymentów fizycznych i możemy obserwować tworzenie позитрона астрофизически, bezpośrednio przy poszukiwaniu promieni kosmicznych, jak i pośrednio, w poszukiwaniu energetycznej sygnatury e-pozytonowej zagłady.

Te астрофизические позитронные sygnatury znajdują się w pobliżu centrum galaktyki, ukierunkowane na źródła punktowe, takie jak микроквазары i pulsary, położone w tajemniczym regionie naszej galaktyce, znany jako Wielki Unicestwiacz, i w części rozproszonych tła, którego pochodzenie jest nieznane. Jedno wiadomo na pewno: widzimy więcej позитронов, co spodziewamy się zobaczyć. I o tym wiadomo od dawna. PAMELA to mierzył, "Fermi" to mierzył, AMS na pokładzie międzynarodowej stacji kosmicznej to mierzył. Niedawno obserwatorium HAWC mierzył bardzo wysokiej energii, ТэВ-poziom gamma-promienie i pokazała, że jest to bardzo разогнанные cząstki pochodzące od pulsarów średniego poziomu. Ale, niestety, to nie wystarczy, aby wyjaśnić obserwowany nadmiar позитронов.

Z jakiegoś powodu z każdym pomiarem nadmiaru позитронов, z każdym nadzorem астрофизического źródła, które go nie wyjaśnia, narracja płynie w "nie możemy tego wytłumaczyć, więc wina ciemna materia". I to źle, bo istnieje wiele możliwych astrofizycznych źródeł, które nie wymagają nicegzotycznego, na przykład:

• wtórne produkcja позитронов i gamma innymi cząstkami,
• микроквазары lub coś innego, кормящее czarne dziury,
• bardzo młodzi lub bardzo stare pulsary, магнетары,
• pozostałości supernowych.

Ta lista nie jest ostateczna, ale reprezentujący kilka przykładów tego, co mogłoby tworzyć ten nadmiar.

Wiele osób pracujących w tej dziedzinie sprawiają, że wybór na rzecz ciemnej materii, bo będzie przełomem, jeśli ciemna materia niszczy i wytwarza promienie gamma i cząstki zwykłej materii. Byłby to scenariusz wymarzony dla астрофизиков-łowców ciemną materią. Ale to pobożne życzenie nigdy nie prowadziło do poważnych odkryć. I mimo, że ciemna materia najczęściej jest wyjaśnieniem nadmiaru позитронов, nie jest to bardziej prawdopodobne .

Z prośbą o wyjaśnienia do Marki Дингус, głównego oficera śledczego HAWC, Ethan Зигель otrzymał następujący komentarz:

"na Pewno istnieją inne źródła позитронов. Ale a protony nie odchodzą daleko od swoich źródeł, a w pobliżu nie jest tak wiele źródeł. Dwóch najlepszych kandydatów zostały odkryte HAWC, i teraz znamy ilość позитронов, które produkują. Wiemy również, jak te a protony диффундируют od swoich źródeł; wolniej, niż oczekiwano. Choć potwierdziły źródła позитронов w pobliżu, odkrywaliśmy, że a protony bardzo powoli oddalają się od miejsca swego pochodzenia, a więc nie tworzą nadmiar позитронов na Ziemi. Z jedną możliwość, robimy inne możliwości bardziej prawdopodobne. Zresztą, to nie znaczy, że a protony MUSZĄ pochodzić od ciemnej materii. Nie oznacza to".

Bardzo dobrze, że a protony w danych HAWC wyjaśniają tylko 1% позитронов, obserwowanych w innych eksperymentach, wskazując na coś jeszcze jako sprawcy. Kiedy odbywa się obserwacja, расходящееся z naszymi tradycyjnymi pomysłami, jak z nadwyżką astrofizycznych позитронов, nie należy wykluczać, że w sprawę może być zamieszana ciemna materia. Ale o wiele bardziej prawdopodobne, że inne астрофизические procesy wyjaśniają te efekty. Kiedy w nauce pojawia się zagadka, wszyscy chcą rewolucji, ale najczęściej dostają coś standardowe.