I en ny epoke med utbredt forskning av mørk materie, kommer den kontroversielle ideen om konsentrasjonen i tynne disker ut av vitenskapelig glemsel
I 1932 telte den nederlandske astronomen Jan Oort stjerner i Melkeveien og fant ut at de var savnet. Basert på det faktum at stjerner som beveger seg i en sirkel i planet til galaksen, hopper opp og ned som hester på en karusell, beregnet Oort at saken som utøver en gravitasjonseffekt på dem og setter dem i gang, bør være dobbelt så mye som han så … Oort postulerte at mangelen er gjort opp av skjult "mørk materie", og antydet at den er konsentrert i disken, noe som forklarer bevegelsen til stjernene.
Imidlertid tillegges oppdagelsen av mørk materie, som usynlig og ubestemmelig materie, som utgjør fem seksedeler av universets masse, vanligvis den sveitsisk-amerikanske astronomen Fritz Zwicky, som i 1933 avledet sin eksistens fra de gjensidige bevegelsene til galakser. Oort var ikke godt kjent på grunn av at han var på feil vei. I 2000 bestemte forfatterne av nye studier av Melkeveien ved bruk av Oort-metoden at den "manglende" massen var inneholdt i svake stjerner, gass og støv, og behovet for en mørk disk var ikke lenger nødvendig. Hint fra 80 år siden indikerer at mørk materie, uansett hva det er, danner sfæriske skyer rundt galakser, kalt "glorie".
Vel, det er i det minste det de fleste mørke materiejegere sier. Men selv om konseptet til den mørke platen har mistet sin popularitet, har den aldri blitt forlatt helt. Nyere har denne ideen funnet en stor fan av Lisa Randall, en fysikkprofessor ved Harvard University, som har trukket diskteorien ut av vitenskapelig glemsel og dyttet den inn i sentrum av den galaktiske scenen.
Etter å ha foreslått sin modell i 2013, har Randall og kollegene siden hevdet at den mørke disken kunne forklare gammastråler fra det galaktiske sentrum, den flate fordelingen av dverggalakser i bane rundt Andromeda-tåken og Melkeveien, og til og med periodiske kometreff og masseutryddelser. arter på jorden. Hun skrev om dette i sin populærvitenskapelige bok Dark Matter and the Dinosaurs, utgitt i 2015.
Imidlertid har astrofysikerne som lager opp Melkeveien protestert, og hevdet at den totale massen av galaksen og hoppene til stjernene hennes stemmer for godt, og etterlater ikke rom for en mørk disk. "Det er mye strammere enn Lisa Randall tror," sier astrofysiker Jo Bovy fra University of Toronto.
Nå slår Randall, som har utviklet en rekke store ideer om kritiske spørsmål i grunnleggende fysikk, tilbake. I et papir som ble lagt ut på nettet forrige uke og akseptert for publisering i The Astrophysical Journal, fant Randall og hennes student Eric Kramer et skiveformet smutthull i sin analyse av Melkeveien: "Det er en viktig detalj som vi fremdeles har har ikke lagt merke til enda, skriver de. "Platen kan skape plass for seg selv."
Hvis en mørk disk går gjennom galaksens midtfly, argumenterer Randall og Kramer, trekker tyngdekraften resten av saken innover, noe som fører til en økning i tettheten av stjerner, gass og støv i midtflyet. Forskere beregner vanligvis den totale tilsynelatende massen til Melkeveien ved å ekstrapolere utover basert på tettheten til midtflyet. Hvis det er en innsnevrende effekt, vil denne ekstrapolasjonen føre til en overdrivelse av den tilsynelatende massen, og da vil det være en følelse av at massen tilsvarer stjernenes bevegelse. Av denne grunn har forfatterne av tidligere studier ikke sett bevis på en mørk plate, sier Kramer. Sammen med Randall mener de at en tynn mørk plate er mulig, og at tilstedeværelsen på noen måter er å foretrekke fremfor dens fravær.
Salgsfremmende video:
Lisas arbeid har gitt nytt liv til denne virksomheten, sier Chris Flynn fra Swinburne University of Technology i Melbourne, Australia. Han, sammen med Johan Holmberg (Johan Holmberg) på begynnelsen av 2000-tallet, gjennomførte flere "inventar" av Melkeveien, som så ut til å ødelegge alle muligheter for eksistensen av en mørk disk fullstendig.
Bowie er uenig. Selv om vi tar hensyn til den innsnevrende effekten, kan ifølge hans estimat ikke mer enn 2% av den totale mengden mørk materie være på den mørke disken, mens resten av saken skal danne en glorie. "Jeg tror de fleste vil finne ut hva 98% av mørk materie er, ikke 2%," sier han.
Denne debatten, som skjebnen til den mørke skiva, kan snart løses. Det europeiske romfartsorganets Gaia-satellitt teleskoperer for øyeblikket posisjonene og hastighetene til en milliard stjerner, og et definitivt register over Melkeveien kan være ferdig ved utgangen av neste sommer.
Ung galakse klynge Abell 2151 i stjernebildet Hercules
ESO / INAF-VST / OmegaCAM / A. Fujii / Digitalisert himmelundersøkelse 2
Å åpne en mørk plate i alle størrelser ville være ekstremt avslørende. Hvis den eksisterer, vil mørk materie vise seg å være mye mer sammensatt enn forskere lenge har trodd. Materie samles i en diskform bare hvis det har evnen til å avgi energi, og den beste måten å avgi nok energi er å danne atomer. Eksistensen av mørke atomer ville bety at mørke protoner og mørke elektroner, ladet som synlige protoner og elektroner, samvirker med hverandre gjennom den mørke kraften som overføres av mørke fotoner. Selv om 98% av mørk materie er inert og danner en glorie, vil eksistensen av den tynneste mørke disken bety tilstedeværelsen av en "mørk sektor" av ukjente partikler, like forskjellige som det synlige universet.
“Vanlige saker er ganske kompliserte; det er materie som spiller en rolle i atomer, og det er materie som ikke spiller, sier astrofysiker ved University of California, Irvine, James Bullock. "Derfor ville det ikke være sprøtt å forestille seg at de andre fem-seksdelene av saken i Universet også er ganske kompliserte, og at det er en viss del av denne mørke sektoren som eksisterer i form av bundne atomer."
Begrepet kompleksiteten av mørk materie har nylig funnet flere og flere støttespillere, hjulpet av astrofysiske avvik, som ikke egentlig passer med ideen om mørk materie som passive, langsomme og "svakt samvirkende massive partikler." Disse avvikene, så vel som det faktum at i løpet av detaljerte eksperimenter i forskjellige land i verden, så tunge svakt interaktive partikler (WIMPs) aldri ble oppdaget, svekket denne teorien og markerte begynnelsen på en ny æra der noen kan spekulere i at det er for et slikt dyr - mørk materie.
Denne epoken kom en gang i 2008, da deltakerne i PAMELA-eksperimentet oppdaget et overskudd av positroner som kom fra verdensrommet (sammenlignet med elektroner). Denne asymmetrien har gitt interesse for den nå populære modellen "asymmetrisk mørk materie" som ble foreslått av Kathryn Zurek og hennes kolleger. Det var få ideer i omløp den gangen, annet enn konseptet wimps. "Det var modellerere som meg som forsto at ideen om mørk materie var helt underutviklet i denne retningen," sier Tsurek, som nå jobber ved National Laboratory. Lawrence Berkeley i California. "Så vi dykket inn i dette arbeidet med hodet."
Densiteten til dverggalakser var en annen stimulans. Når forskere prøver å simulere dannelsen, har dverggalakser en tendens til å være for tette i sentrene deres, med mindre forskere antar at mørkstoffpartikler kan samhandle med hverandre ved hjelp av mørke krefter. Men hvis vi legger til for sterkt samspill her, så ødelegger vi modellene for strukturdannelse i det tidlige universet.
"Vi prøver å finne ut hva som kan tolereres," sier Bullock, som også designer disse modellene. De fleste modellører tillater svake interaksjoner som ikke påvirker formen på mørkstoff-glorie. "Men det som er oppsiktsvekkende er at det er en klasse med mørk materie som gjør det mulig å danne plater," sier Bullock. I dette tilfellet vil bare en liten brøkdel av partikler av mørk materie samvirke, men de vil samvirke sterkt nok til å spre energi og deretter danne plater.
Randall og hennes kolleger JiJi Fan, Andrey Katz og Matthew Reece kom på ideen i 2013 på samme måte som Oort gjorde. De prøvde å forklare den tilsynelatende avviket fra Melkeveien. Den såkalte Fermi-linjen er et overskudd av gammastråler med en viss frekvens som kommer fra det galaktiske sentrum. "Vanlig mørk materie kunne ikke ødelegge nok til å produsere Fermi-linjen," sier Randall, "og derfor tenkte vi, hva om det er mye tettere?" Så den mørke platen fikk et nytt liv. Fermi-linjen forsvant etter hvert som flere data kom frem, men diskideen var fortsatt verdt å utforske. I 2014 foreslo Randall og Rees at det nettopp var på grunn av disken at det er intervaller på 30-35 millioner år mellom den økende aktiviteten til kometer og meteorer.som noen forskere forbinder med periodiske masseutryddelser. Hver gang solsystemet spretter opp eller ned på Melkeveiens glede-runde, hevder de, kan gravitasjonseffekten av disken destabilisere asteroider og kometer i Oort-skyen, en søppeldunk i utkanten av solsystemet vårt oppkalt etter en astronom fra Holland. Disse gjenstandene flyr mot den indre delen av solsystemet, og noen faller til Jorden.
Men Randall og hennes team gjorde bare en forbannelse, og som det viste seg, er uriktig analyse av hvor mye plass i den totale massen til Melkeveien som gjenstår for den mørke disken, bedømt etter stjernenes bevegelse. "De kom med noen utagerende uttalelser," sa Bovey.
Randall, kjent blant sine jevnaldrende for sin utholdenhet (ifølge Rhys), brakte Kramer inn i saken for å svare på kritikk og "stryke ut alle rynkene" i analysen før Gaias data ble tilgjengelig. En ny analyse viste at når en mørk disk fantes, kunne den ikke være så tett som teamet hennes trodde. Men det var plass til en tynn mørk disk på grunn av dens innsnevrende effekt og ytterligere usikkerhet forårsaket av den rene driften av stjernene i Melkeveien ble observert.
Chris McKee og kolleger ved University of California i Berkeley har identifisert et nytt problem, som de skrev om i The Astrophysical Journal. McKee mener at en tynn, mørk disk fortsatt kan klemme inn i Melkeveiens masselagring. Men denne platen kan være så tynn at den ganske enkelt kollapser. Siterer forskning fra 1960- og 1970-tallet skriver McKee og hans kolleger at diskene ikke kan være mye tynnere enn disken med synlig gass i Melkeveien, da de ville kollapse. "Kanskje mørk materie har egenskaper som er forskjellige fra egenskapene til vanlig materie og forhindrer dette, men jeg vet ikke hva det kan være," - sa McKee.
Randall har ennå ikke bekjempet dette siste angrepet, og kaller det "et vanskelig spørsmål som er under utredning." Hun var også enig i synet fra Bowie - at disken med ladede mørke atomer er ubetydelig sammenlignet med naturen til 98% av mørk materie. Hun undersøker nå muligheten for at all mørk materie kan lades med en enkelt mørk kraft, men på grunn av overskuddet av mørke protoner over mørke elektroner, blir bare en liten brøkdel bundet inn i atomer og ført ut i disken. I dette tilfellet må disken og glorie være sammensatt av de samme elementene, "som vil være mer økonomisk," sier hun. "Vi trodde det kunne utelukkes, men det fungerte ikke."
Så langt lever den mørke disken videre - som et symbol på alt som er ukjent om den mørke siden av universet. "Jeg tror det er veldig, veldig nyttig på dette området at forskjellige mennesker ser på forskjellige ideer," sier Bullock. "Fordi vi ikke aner hva det er - mørk materie, og vi må være forberedt på en rekke alternativer."
