Eksotične teorije temne snovi. Če ste ljubitelj vseh najlepših stvari v vesolju, potem je ta članek za vas.
Večina vsebine našega vesolja je fizike popolnoma neznana. To je samo surovo dejstvo, na katerega se bomo morali vsi navaditi. Če vas mika, da bi mislili, da gre samo za neke vrstekozmološki težava, vprašanje, ki se pojavlja le na največjih lestvicah, dobro, potem imam za vas slabo novico. Ena od teh skrivnostnih sestavnih delov vesolja je - kolikor lahko rečemo - oblika snovi.
A ne le kakršne koli materije, sicer bi jo že videli do zdaj. Ne, mislimo, da je neke vrstetemno zadeva; snov, ki preprosto ne deluje s svetlobo. Brez emisij. Brez absorpcije. Brez raztresenja. Nič. In tega, da obstaja temna snov, ne bi smelo bitida presenetljivo, ali ne? Konec koncev, kdo je narekoval, da je vse v vesoljumora komunicirajo s svetlobo?
Nihče ni in tako smo tudi mi. Če pogledate naključno galaksijo, stvari, ki se svetijo - zvezde, meglice itd. - predstavljajo le majhen del celotne količine mase v tej galaksiji. Natančno razmerje med "normalno" snovjo in temnimi stvarmi je odvisno od številnih dejavnikov, kot je zgodovina nastanka galaksije. Toda na splošno je manjša galaksija, bolj v njej prevladuje temna snov.
Najmanjše galaksije, znane kot pritlikave galaksije, bi lahko zagotovile priročen laboratorij za preučevanje temne snovi. V teh galaksijah je temna snov svobodna, da počne tisto, kar počne temna snov, ne da bi se zares zapletla stvari. Če temna snov naredi nekaj čudnega (no, neznanega kot preprosto obstoječega), kot je interakcija sama s seboj preko šibke jedrske sile ali pa je sestavljena iz več vrst eksotičnih delcev, potem se kakršni koli učinki v pritlikavi galaksiji izkažejo bolj kot nekaj takega Mlečna pot.
To je vse dobro in dobro, razen majhnega opozorila, da se vsa ta zanimiva fizika dogaja pod pokrovom, težko jo vidimo. Ker je temno
Ena od mnogih stvari, ki jih temna snov ne razumemo, je, kako se obnaša v jedrih galaksij. Preproste simulacije evolucije galaksije napovedujejo nekaj, kar imenujemo "vrhunec" - trd oreh neverjetno visoke gostote, ki sedi v sicer kremastem središču galaksije. Toda opažanja tega ne potrjujejo: po gravitacijskem vplivu vse temne snovi bi moralo biti veliko zvezd. In zagotovo je veliko zvezd v središču galaksije, pa neda veliko.
Nekaj mora zgladiti osrednjo temno snov. Lahko bi šlo za eksotične interakcije v sami temni snovi. Lahko bi bili bolj svetlobni vzroki, kot so vetrovi supernov, ki pihajo plin. Lahko bi bilo oboje, ali pa tudi nobeno.
Astronomi so zelo, zelo zainteresirani za jedra galaksij, predvsem pa pritlikave galaksije, saj se tam lahko naučijo veliko o temni snovi. In kljub njihovi zapleteni, zmešani fiziki še vedno potrebujemo zvezde in plin za opazovanje, sondiranje in preučevanje pritlikavih galaksij v upanju, da bomo lahko izsledili obnašanje osnovne temne snovi. Toda pritlikave galaksije so daleč, zatemnjene in majhne - in njihova jedra so še toliko bolj.
Kako bi lahko pokukali v njih?
K sreči imajo galaksije več kot zvezdni državljani. Imajo tudi črne luknje. Ogromni supermasivni v svojih jedrih in milijoni manjših lebdijo v njih. In dejstvo, da se velikanske črne luknje nagibajo v jedrih svojih gostiteljskih galaksij, bi bilo lahko koristno. Mogoče - tukaj delajte z mano - če bi lahko nekako preučili vedenje črnih lukenj v pritlikavih galaksijah, bi morda dobili nekaj namigov o naravi temne snovi.
Toda črne luknje so tudi črne in težko vidne. In majhna. In daleč stran. Na srečo ni treba videti črnih lukenj - lahko jih slišimo.
Ko se črne luknje trčijo, tkanine vesolja tako močno izkrivljajo, da povzročajo valove, kot valovanja, ki se širijo iz težkega kamna, padlega v vodo. Ti gravitacijski valovi so se širili po vesolju s svetlobno hitrostjo in se tako rahlo raztegnili in stisnili vsako vmesno snov, ko se umivajo. Pravzaprav se vaše telo, ko to berete, vleče in stiska kot košček kita iz neštetih gravitacijskih valov, ki potekajo skozi Zemljo.
Te gravitacijske valove je noro težko zaznati, zato so prvi ljudje, ki so jih izmerili, dobili nekaj Nobelovih nagrad za svoje desetletje dolgotrajno prizadevanje za uporabo motečih žarkov svetlobe za zajem subtilnega signala.
Toda naši trije opazovalniki gravitacijskega vala na površini Zemlje nam ne morejo pomagati pri naši težavi s črno luknjo, znotraj pritlikave galaksije, pri preučevanju temne snovi. Te črne luknje - znane kotčrne luknje z vmesno maso - so premajhni, da bi zaznali signal skozi Mlečno pot, ko se združijo.
Toda opazovalnica gravitacijskega valovanja v vesolju bi lahko. Predlagana misija LISA (ki pomeni, kot ste morda uganili, vesoljska antena za laserski interferometer) bi lahko imela pravo občutljivost za prikaz signala spajanja srednje velikih črnih lukenj, tako kot tiste, ki jih najdemo v srcih pritlikavih galaksij.
Glede na nov prispevek, ki so ga nedavno sprejeli časopisi Astrofizični časopis Letters pod vodstvom Tomaša Tomfalja z univerze v Zürichu, lahko različni modeli temne snovi (in njene možne interakcije z normalno snovjo, ki ljubi svetlobo) vplivajo na to, kako pogosto in kako hitro črne luknje v pritlikavih galaksijah se združijo, kar lahko LISA lahko loči.
To je krožna pot do razumevanja temne snovi, toda v težavi, kot je ta, je obetavna.
Preberite več: "Nastanek BIS-ov črne luknje LISA v spajanju pritlikavih galaksij: odtis temne materije"
