Od "Zlate dobe splošne relativnosti" v šestdesetih letih prejšnjega stoletja so znanstveniki menili, da je velik del Vesolja sestavljen iz skrivnostne nevidne mase, znane kot "Temna snov". Od takrat so znanstveniki to skrivnost poskušali razrešiti z dvojnim pristopom. Na eni strani so astrofiziki poskušali najti kandidatni delček, ki bi lahko predstavljal to maso.
Po drugi strani so astrofiziki poskušali najti teoretično osnovo, ki bi lahko pojasnila vedenje Dark Matterja. Doslej je bila razprava osredotočena na vprašanje, ali je "vroče" ali "hladno", hladno pa uživa prednost zaradi svoje sorodne preprostosti. Toda nova študija, ki jo je vodil Harvard-Smithsonian Center za astrofiziko (CfA)
To je temeljilo na kozmoloških simulacijah tvorbe galaksij z uporabo modela Vesolja, ki je vključeval interaktivno Temno snov. Simulacije je izvedla mednarodna skupina raziskovalcev CfA, MIT-ovega Kavlijevega inštituta za astrofizične in vesoljske raziskave, Leibnizovega inštituta za astrofiziko v Potsdamu in več univerz. Študija se je nedavno pojavila v Mesečna obvestila Royal Astronomical Society.
Ko gre naravnost navzdol, je primerno imenovan Dark Matter. Za začetek predstavlja približno 84% mase vesolja, vendar ne oddaja, ne absorbira ali odbija svetlobe ali katere koli druge znane oblike sevanja. Drugič, nima elektromagnetnega naboja in ne deluje z drugimi snovmi, razen s pomočjo gravitacije, najšibkejših od štirih osnovnih sil.
Tretjič, ni sestavljen iz atomov ali njihovih običajnih gradnikov (tj. Elektronov, protonov in nevtronov), kar prispeva k njegovi skrivnostni naravi. Zato znanstveniki teoretizirajo, da mora biti sestavljena iz neke nove materije, ki je skladna z zakoni vesolja, vendar se ne kaže v običajnih raziskavah fizike delcev.
Ne glede na njegovo pravo naravo je Dark Matter močno vplival na razvoj kozmosa od približno 1 milijarde let po velikem udaru naprej. V resnici se verjame, da je igralo ključno vlogo pri vsem, od nastanka galaksij do porazdelitve sevanja kozmičnega mikrovalovnega ozadja (CMB).
Poleg tega so kozmološki modeli, ki upoštevajo vlogo Dark Matterja, podkrepljeni z opazovanjem teh dveh zelo različnih vrst kozmičnih struktur. Prav tako so skladni s kozmičnimi parametri, kot je hitrost, s katero se vesolje širi, na kar pa vpliva tudi skrivnostna, nevidna sila (znana kot "Temna energija").
Trenutno najpogosteje sprejeti modeli Dark Matter domnevajo, da ne vpliva na nobeno drugo vrsto snovi ali sevanja (vključno s samim seboj), ki presega vpliv gravitacije - tj. Da je "hladen". To je tisto, kar je znano kot scenarij hladne temne materije (CDM), ki ga v obliki kozmološkega modela LCDM pogosto kombiniramo s teorijo temne energije (ki jo predstavlja Lambda).
O tej teoretični obliki Temne materije se govori tudi
„[CDM] je najbolj dobro preizkušen in najprimernejši model. To je predvsem zato, ker so si ljudje v zadnjih štirih desetletjih ali trdo prizadevali, da bi napovedovali hladno Dark Matter kot standardno paradigmo - to so nato primerjali z resničnimi podatki - z ugotovitvijo, da je ta model na splošno sposoben reproducirati široko paleto opazovanih pojavov v širokem razponu lestvic. "
Kot opisuje, je scenarij hladne temne matere postal prednji tekač, potem ko so numerične simulacije kozmične evolucije izvajale z uporabo "vroče temne materije" - v tem primeru nevtrino. To so subatomski delci, ki so zelo podobni an
Te simulacije so pokazale, da predvidene distribucije niso videti tako, kot jih ima vesolje danes, "je dodal Bose. "Zaradi tega so začeli obravnavati nasprotno mejo, delce, ki imajo ob rojstvu komaj kaj hitrost (aka." Hladno "). Simulacije, ki so vključevale tega kandidata, so veliko bolj ustrezale sodobnim opazovanjem vesolja.
"Po izvedbi istih testov grozdenja v galaksiji kot prej, so astronomi našli simpatičen dogovor med simuliranim in opazovanim vesoljem. V naslednjih desetletjih so hladni delec preizkusili s strožjimi, ne-trivialnimi testi kot zgolj grozdenje v galaksijah in jih je na splošno prešel z letečimi barvami. "
Drugi vir pritožbe je dejstvo, da bi moralo biti (vsaj teoretično) hladno Temno zadevo zaznati neposredno ali posredno. Vendar je tu CDM v težavah, saj vsi doslej poskusi zaznavanja enega samega delca niso bili uspešni. Kot takšni so kozmologi upoštevali druge možne kandidate, ki bi imeli še manjše stopnje interakcije z drugimi snovmi.
To je skušal Sownak Bose, astronom s CfA, ugotoviti s svojo ekipo raziskovalcev. Zaradi študija so se osredotočili na "toplega" kandidata Matte Matter. Ta vrsta delcev bi lahko imela subtilno interakcijo z zelo lahkimi delci, ki se gibljejo blizu hitrosti svetlobe, čeprav manj kot bolj "vroča" raznovrstna sorta.
Zlasti bi lahko bil v interakciji z nevtrini, nekdanjim prednjim tekačem za scenarij HDM. Domneva se, da so nevtrini v vročem zgodnjem vesolju zelo razširjeni, zato bi prisotnost interaktivne Temne snovi močno vplivala.
"V tem razredu modelov lahko delec temnega materiala omejuje (vendar šibko) interakcijo z sevalnimi vrstami, kot so fotoni ali nevtrini," je dejal dr. Bose. "Ta sklop v zgodnjih časih pušča precej edinstven pečat v" bujnosti "vesolja, kar je precej drugačno od tistega, kar bi lahko pričakovali, če bi bila Temna zadeva hladen delček."
Da bi to preizkusili, je skupina izvedla najsodobnejše kozmološke simulacije v superračunalniških napravah na Harvardu in Univerzi na Islandiji. Te simulacije so upoštevale, kako bi na nastanek galaksij vplivala prisotnost tople in temne materije od približno 1 milijarde po velikem udaru do 14 milijard let (približno sedanjost). Rekel je dr. Bose:
»[V] smo izvajali računalniške simulacije, da bi ustvarili spoznanje o tem, kako bi lahko bilo videti to vesolje po 14 milijard letih evolucije. Poleg modeliranja komponente Dark Matter smo vključili tudi najsodobnejše recepte za nastanek zvezd, učinke supernov in črnih lukenj, tvorbo kovin itd.”
Skupina je nato rezultate primerjala med seboj, da je prepoznala značilne podpise, ki bi razlikovali enega od drugega. Ugotovili so, da so bili učinki te interaktivne temne snovi pri mnogih simulacijah premajhni, da bi bili opazni. Vendar so bile prisotne na različne načine, zlasti na način, da so oddaljene galaksije razporejene po vesolju.
To opazovanje je še posebej zanimivo, saj ga je mogoče v prihodnosti preizkusiti z instrumenti naslednje generacije. "Način za to je preslikati bujnost vesolja v teh zgodnjih časih s pregledovanjem porazdelitve vodikovega plina," je pojasnil dr. Bose. "Opazimo, da je to dobro uveljavljena tehnika: v zgodnjem vesolju lahko preizkusimo nevtralni vodik z ogledom spektrov oddaljenih galaksij (ponavadi kvazarjev)."
Skratka, svetloba, ki potuje do nas iz oddaljenih galaksij, mora skozi medgalaktični medij. Če je v vstopajočem mediju veliko nevtralnega vodika, se bodo emisijske črte iz galaksije delno absorbirale, medtem ko jih bo nemoteno, če jih je malo. Če je Dark Matter resnično hladen, se bo pokazal v obliki veliko bolj "lumpierne" distribucije vodikovega plina, medtem ko bo pri WDM scenariju nihala gruda.
Trenutno astronomski instrumenti nimajo potrebne ločljivosti za merjenje nihanj vodikovega plina v zgodnjem vesolju. Kot je navedel dr. Bose, bi lahko te raziskave spodbudile nove poskuse in nove pripomočke, ki bi bili sposobni dati ta opažanja.
Na primer IR instrument, kot je James Webb vesoljski teleskop (JWST) bi lahko uporabili za izdelavo novih zemljevidov porazdelitve absorpcije vodikovega plina. Ti zemljevidi bi lahko bodisi potrdili vpliv interaktivne Temne materije ali pa jo izključili kot kandidata. Upamo tudi, da bo ta raziskava navdihnila ljudi, da razmišljajo o kandidatih, razen tistih, o katerih so že razmišljali.
Na koncu je dr. Bose dejal, da resnična vrednost izhaja iz dejstva, da lahko takšne teoretične napovedi spodbudijo opažanja na nove meje in preizkusijo meje tega, za kar mislimo, da vemo. "In to je vse, kar je v resnici znanost," je dodal, "da bi napovedal, predlagal metodo za testiranje, izvedel eksperiment in nato omejil / izključil teorijo!"
