Med all vår forståelse av fysikkens lover og suksessen til standardmodellen og generell relativitet, er det en rekke observerbare fenomener i universet som ikke kan forklares. Universet er fullt av mysterier, fra stjernedannelse til høyenergiske kosmiske stråler. Selv om vi gradvis oppdager plass for oss selv, vet vi fortsatt ikke alt. For eksempel vet vi at mørk materie eksisterer, men vi vet ikke hva dens egenskaper er. Betyr dette at vi må tillegge alle ukjente effekter manifestasjoner av mørk materie?
Det er like mange mysterier om mørk materie som det er bevis for dets eksistens. Men å skylde på mørk materie for alle de mystiske manifestasjonene av rommet, er ikke bare nærsynt, men også feil. Dette er hva som skjer når forskere går tom for gode ideer.
To lyse store galakser i sentrum av Coma-klyngen, hver over en million lysår i størrelse. Galaksene i utkanten indikerer eksistensen av en stor glorie av mørk materie gjennom klyngen.
Mørk materie finnes overalt i universet. Det ble først konsultert på 1930-tallet for å forklare den raske bevegelsen av individuelle galakser i galaksehoper. Dette skjedde fordi all vanlig materie - materie som består av protoner, nøytroner og elektroner - ikke er nok til å forklare den totale tyngdekraften. Dette inkluderer stjerner, planeter, gass, støv, interstellar og intergalaktisk plasma, sorte hull og alt annet vi kan måle. Bevislinjene som støtter mørk materie er mange og overbevisende, som bemerket av fysikeren Ethan Siegel.
Mørk materie er nødvendig for å forklare:
- rotasjonsegenskaper for individuelle galakser, - dannelsen av galakser i forskjellige størrelser, fra gigantiske elliptiske til - galakser på størrelse med Melkeveien og små dverggalakser i nærheten av oss, Kampanjevideo:
- interaksjoner mellom par av galakser, - egenskaper til klynger av galakser og galaksehoper i stor skala, - romnettverket, inkludert dets trådlignende struktur, - spektrum av kosmiske mikrobølgesvingninger i bakgrunnen, - de observerte effektene av gravitasjonslinse av fjerne masser, - den observerte skillet mellom virkningene av tyngdekraften og tilstedeværelsen av vanlig materie i kollisjoner av galaksehoper
Både i liten skala av individuelle galakser og på en skala over hele universet, er det nødvendig med mørk materie.
Når vi setter alt dette i sammenheng med resten av kosmologien, tror vi at hver galakse, inkludert vår egen, inneholder en massiv, diffus mørk materie-glorie rundt den. I motsetning til stjernene, gassen og støvet i galaksen vår, som for det meste befinner seg i skiven, bør mørk materie-glorie være sfærisk, fordi i motsetning til vanlig (atombasert) materie, "mørk materie" ikke "flater" når du klemmer den … Også mørk materie bør være tettere i det galaktiske sentrum og strekke seg ti ganger lenger enn stjernene i selve galaksen. Til slutt skal det være små klumper av mørk materie i hver glorie.
For å reprodusere hele settet av observasjoner som er nevnt ovenfor, så vel som andre, bør mørk materie ikke ha andre egenskaper enn følgende: den skal ha en masse; det må samhandle gravitasjonelt; den må bevege seg sakte i forhold til lysets hastighet; den skal ikke samhandle sterkt gjennom andre krefter. Alle. Andre interaksjoner er svært begrensede, men ikke ekskludert.
Hvorfor da når en astrofysisk observasjon gjøres med et overskudd av en vanlig partikkel av en bestemt type - fotoner, positroner, antiprotoner - snakker folk først og fremst om mørk materie?
Tidligere denne uken publiserte et team av forskere som studerte kilder til gammastråling rundt pulsarer sine funn i Science. I sitt arbeid prøvde de å forstå bedre hvor overskuddet av positroner vi observerte kom fra. Positroner, antipoder til elektroner, blir vanligvis født på flere måter: når vanlige partikler akselereres til tilstrekkelig høye energier, når de kolliderer med andre partikler av materie, og med produksjonen av elektron-positronpar i henhold til Einsteins formel E = mc2. Vi lager slike par i løpet av fysiske eksperimenter og kan observere etableringen av en positron astrofysisk, både direkte, i jakten på kosmiske stråler, og indirekte, i jakten på energisignaturen til elektron-positronutslettelse.
Disse astrofysiske positron-signaturene forekommer nær det galaktiske sentrum, og retter seg mot punktkilder som mikrokvasarer og pulsarer lokalisert i en mystisk region i galaksen vår, kjent som den store utslettelse, og i en del av en diffus bakgrunn hvis opprinnelse ikke er kjent. En ting er sikkert: vi ser flere positroner enn vi forventer å se. Og dette har vært kjent lenge. PAMELA målte det, Fermi målte det, AMS ombord på ISS målte det. Mer nylig målte HAWC-observatoriet gammastråler med ekstremt høy energi, TeV-nivå og viste at de er sterkt akselererte partikler som kommer fra midtnivåpulsarer. Men dessverre er dette ikke nok til å forklare det observerte overskuddet av positroner.
Av en eller annen grunn, med hver måling av overskuddet av positroner, med hver observasjon av en astrofysisk kilde som ikke forklarer det, flyter fortellingen til "vi kan ikke forklare det, så mørk materie har skylden." Og dette er ille fordi det er mange mulige astrofysiske kilder som ikke krever noe eksotisk, for eksempel:
- sekundærproduksjon av positroner og gammastråler fra andre partikler, - mikrokvasarer eller noe annet som gir sorte hull, - veldig unge eller veldig gamle pulsarer, magnetarer, - supernovarester.
Denne listen er ikke endelig, men gir noen eksempler på hva som kan skape dette overskuddet.
Mange som arbeider innen dette feltet velger mørk materie, fordi det vil være et gjennombrudd hvis mørk materie ødelegger og produserer gammastråler og partikler av vanlig materie. Dette ville være et drømmescenario for astrofysikere som jakter på mørk materie. Men ønsketenking har aldri ført til store funn. Mens mørk materie ofte presenteres som en forklaring på positronoverskuddet, er det ikke mer sannsynlig enn at romvesenene forklarer Tabbys stjerne.
Etter å ha bedt Brenda Dingus, hovedforsker for HAWC, om en forklaring, mottok Ethan Siegel følgende kommentar:
“Det er utvilsomt andre kilder til positroner. Men positroner kommer ikke langt fra kildene sine, og det er ikke mange kilder i nærheten. De to beste kandidatene ble oppdaget av HAWC, og vi vet nå antall positroner de produserer. Vi vet også hvordan disse positronene diffunderer fra kildene sine; tregere enn forventet. Selv om vi har bekreftet kildene til positroner i nærheten, har vi oppdaget at positroner beveger seg veldig sakte fra opprinnelsesstedet, og derfor ikke skaper et overskudd av positroner på jorden. Ved å eliminere en mulighet, gjør vi andre muligheter mer sannsynlige. Dette betyr imidlertid ikke at positroner MÅ komme fra mørk materie. Vi mener det ikke."
Bemerkelsesverdig utgjør positronene i HAWC-dataene bare 1% av positronene som er sett i andre eksperimenter, og peker på noe annet som dagens helt. Når det blir gjort en observasjon som er i strid med våre tradisjonelle ideer, som med et overskudd av astrofysiske positroner, bør det ikke utelukkes at mørk materie kan være involvert. Men det er mye mer sannsynlig at andre astrofysiske prosesser forklarer disse effektene. Når et mysterium dukker opp i vitenskapen, vil alle ha en revolusjon, men oftere enn ikke får de noe vanlig.
Ilya Khel
