Exotické teórie temnej hmoty. Ak ste fanúšikom všetkých najúžasnejších vecí vo vesmíre, potom je tento článok určený pre vás.
Väčšina obsahu nášho vesmíru má formu úplne neznámu fyzike. To je len surová skutočnosť, na ktorú si všetci musíme zvyknúť. Ak ste v pokušení myslieť si, že je to nejaký druhkozmologická problém, problém, ktorý vyvstáva iba na tých najväčších mierkach, takže potom mám pre vás zlú správu. Jednou z týchto záhadných zložiek vo vesmíre je - pokiaľ vieme - forma hmoty.
Ale nielen nejaká forma hmoty, inak by sme to už videli. Nie, myslíme si, že je to druhtmavý nezáleží; hmota, ktorá jednoducho nereaguje so svetlom. Žiadne emisie. Žiadna absorpcia. Žiadne rozptyľovanie. Nič. A skutočnosť, že temná hmota existuje, by nemala byťže prekvapujúce, však? Koniec koncov, kto diktoval, že všetko vo vesmíremusieť komunikovať so svetlom?
Nikto to neurobil, a tak sme tu. Ak sa pozriete na náhodnú galaxiu, veci, ktoré sa rozsvietia - hviezdy, hmloviny atď. - predstavujú iba malý zlomok celkového množstva hmoty v tejto galaxii. Presný pomer medzi „normálnou“ hmotou a tmavou hmotou závisí od mnohých faktorov, ako je história vzniku galaxie. Ale vo všeobecnosti platí, že čím je galaxia menšia, tým viac dominuje temná hmota.
Najmenšie galaxie, známe ako trpasličí galaxie, by mohli poskytnúť užitočné laboratórium na štúdium temnej hmoty. V týchto galaxiách je temná hmota schopná robiť to, čo temná hmota robí, bez toho, aby taká zákerná látka ovplyvňujúca svetlo skutočne komplikovala veci. Ak temná hmota robí niečo čudné (dobre, čudnejšie než jednoducho existujúce), napríklad interaguje so sebou samým cez slabú jadrovú silu alebo je zložené z viacerých druhov exotických častíc, akékoľvek účinky sa stanú výraznejšími v trpasličej galaxii ako niečo podobné mliečna dráha.
To je všetko skvelé a dobré, s výnimkou malého upozornenia, že hoci sa všetky tieto zaujímavé fyziky dejú pod kapotou, je pre nás ťažké to vidieť. Pretože je tma.
Jednou z mnohých vecí, ktorým nerozumieme o temnej hmote, je to, ako sa správa v jadrách galaxií. Jednoduché simulácie vývoja galaxie predpovedajú niečo, čo sa nazýva „hrot“ - tvrdá matica neuveriteľne vysokej hustoty, ktorá sedí v inak krémovom centre galaxie. Pozorovania to však nehovoria: po gravitačnom vplyve všetkej temnej hmoty by malo byť veľa hviezd. A určite je v strede galaxie veľa hviezd, ale nieže veľa.
Niečo musí vyhladiť centrálnu tmavú hmotu. Mohli by to byť exotické interakcie v samotnej temnej hmote. Mohlo by to byť viac svetských príčin, ako sú víry supernovových, ktoré prúdia z plynu. Mohlo by to byť oboje alebo ani jedno.
Astronómovia sa veľmi zaujímajú o jadrá galaxií, najmä o trpasličí galaxie, pretože práve tu sa môžu o temnej hmote veľa dozvedieť. A napriek ich komplikovanej, chaotickej fyzike stále potrebujeme hviezdy a plyn na pozorovanie, sondu a štúdium trpasličích galaxií v nádeji, že dokážeme sledovať správanie základnej temnej hmoty. Ale trpasličie galaxie sú ďaleko, matné a malé - a ich jadrá sú ešte viac.
Ako by sme sa v nich mohli nahliadnuť?
Našťastie majú galaxie viac ako hviezdnych občanov. Majú tiež čierne diery. Obrovské supermasívne vo svojich jadrách a milióny menších plávajúcich v nich. A užitočná môže byť skutočnosť, že obrovské čierne diery majú tendenciu zhromažďovať sa v jadrách svojich hostiteľských galaxií. Takže - možno so mnou pracujte - keby sme nejako mohli študovať správanie čiernych dier vo vnútri trpasličích galaxií, mohli by sme získať nejaké stopy k povahe temnej hmoty.
Čierne diery sú však tiež čierne a ťažko viditeľné. A malý. A ďaleko. Našťastie nemusíme vidieť čierne diery - môžeme ich počuť.
Keď sa čierne diery zrazia, otrasia sa a skreslia textúru časopriestoru natoľko, že spôsobia vlny, ako vlnky šíriace sa z ťažkého kameňa spadnutého do vody. Tieto gravitačné vlny sa šíria vesmírom rýchlosťou svetla, ktoré sa pri umývaní neustále natahujú a stlačujú akékoľvek zasahujúce látky. V skutočnosti je vaše telo, ako ste to čítali, napnuté a stlačené ako kúsok tmelu z nespočetných gravitačných vĺn prechádzajúcich Zemou.
Tieto gravitačné vlny je šialene ťažké odhaliť, a preto prví ľudia, ktorí ich zmerali, dostali nejaké Nobelovy ceny za ich desaťročnú snahu využívať rušivé svetelné lúče na zachytenie jemného signálu.
Naše tri observatóriá gravitačných vĺn na povrchu Zeme nám však nemôžu pomôcť s problémom čiernej diery vnútri trpaslíka-galaxie pri štúdiu temnej hmoty. Tieto čierne diery - známe akočierne diery strednej hmotnosti - sú príliš malé na to, aby dali detegovať signálnu cestu sem v Mliečnej dráhe, keď sa zlúčia.
Ale observatórium gravitačnej vlny vo vesmíre mohlo. Navrhovaná misia LISA (čo znamená, ako ste si možno mysleli, laserová interferometrická vesmírna anténa) môže mať správnu citlivosť na to, aby videl signál zlúčenia stredne veľkých čiernych dier, rovnako ako tie, ktoré sa nachádzajú v srdciach trpasličích galaxií.
Podľa novej noviny, ktorú nedávno prijali Astrofyzikálne listy, ktorú viedol Tomas Tomfal z univerzity v Zürichu, môžu rôzne modely tmavej hmoty (a jej možné interakcie s normálnou látkou milujúcou svetlo) ovplyvniť, ako často a ako rýchlo čierne diery v trpasličích galaxiách sa zlúčia, čo je niečo, čo LISA dokáže roztrhnúť.
Je to okružná cesta k porozumeniu temnej hmoty, ale v takom nepríjemnom probléme je to sľubná.
Prečítajte si viac: „Tvorba binárnych binárnych diel LISA v fúzujúcich galaxiách trpaslíkov: odtlačok temnej hmoty“
