Z čoho je tmavá hmota vyrobená? Je to jedna z najzložitejších otázok modernej astronómie. Vieme, že temná hmota je tam vonku, pretože vidíme jej zjavný gravitačný vplyv na všetko od galaxií po vývoj celého vesmíru, ale nevieme, čo to je. je, Náš najlepší odhad je, že je to nejaká divná nová častica, ktorá neradi rozpráva s normálnou hmotou veľmi často (inak by sme ju už videli). Jednou z možností je, že ide o exotickú hypotetickú časticu známu ako axión a tím astronómov nevyužíva iné ako čierne diery, aby sa pokúsil nahliadnuť do tohto podivného nového kozmického tvora.
Program Axion
Budem k tebe úprimný, nevieme, či existujú axióny. Boli vynájdení, aby vysvetlili hlavolam vo fyzike vysokej energie. V prírode existuje určitý druh symetrie, ak ak vykonáte náhodnú interakciu zahŕňajúcu veľa subatomárnych častíc a vypnete elektrickú energiu pre opačné znamenie a spustíte proces v zrkadle, dosiahnete presne ten istý výsledok. Toto sa nazýva symetria náboja a parity alebo skratka CP symetria.
Táto symetria platí všade v prírode, okrem prípadu, keď tomu tak nie je, ako je to v prípade slabej jadrovej sily, ktorá je schopná túto symetriu narušiť, kedykoľvek to bude chcieť.
Zhodou je, že silná jadrová sila by to podľa všetkého mala tiež porušiť. V matematike sú výrazy, ktoré veľmi zjavne porušujú symetriu CP, a napriek tomu v žiadnom z našich experimentov nevidíme žiadne známky narušenia symetrie so silnou jadrovou silou. Preto sa musí niečo obnoviť, aby sa táto symetria obnovila, keď by sa mala zlomiť.
Odpoveď - alebo aspoň jedna potenciálna odpoveď - je nový druh častice nazývaný axión. Axion obnovuje určitú rovnováhu v sile (áno, viem o odkazoch na Hviezdne vojny), takže symetria CP je zachovaná a každý môže ísť o svoj každodenný život. Doterajšie experimenty samozrejme priamo neodhalili existenciu axiónu a existuje celý rad možných hmotností a vlastností, ktoré by mohol mať.
V rámci tohto rozsahu možných hmotností a vlastností axiónu sa objaví niečo pozoruhodné. Ak chceme vyplniť vesmír temnou hmotou, táto temná hmota musí mať určité vlastnosti. Nemôže interagovať s normálnou hmotou veľmi často a ani s ňou veľmi často interagovať. Taktiež musí byť toho veľa a musí byť veľmi stabilný a mať dlhovekosť. Ukazuje sa, že niektoré z možných vlastností axií umožňujú, aby hypotetická častica bola kandidátom na temnú hmotu.
Temné Axions
Ak necháme axion ako temnú hmotu, môže to vo všeobecnosti vysvetliť všetky obvyklé pozorovania temnej hmoty. Môže vysvetliť krivky rotácie vo vnútri galaxií. Môže vysvetliť pohyby galaxií v zoskupeniach galaxií. Môže byť vyrobený v dostatočnom množstve v ranom vesmíre, aby sa zmestili pozorovania kozmického mikrovlnného pozadia. A tak ďalej.
A čo viac, axióny v jadrách galaxií sa môžu zviazať dostatočne pevne, aby vytvorili jedinú mohutnú guľu, ktorá by sa na prvý pohľad javila ako superhmotná čierna diera. Bolo by to malé, neinteragovalo by so svetlom a bolo by to neuveriteľne masívne. Aj keď nedávne pozorovania z Horizontu teleskopu udalostí nám poskytli doslovný obraz obrovskej čiernej diery v inej galaxii, neznamená to nevyhnutne, že tieto jadrá axionov sa stále skrývajú v hĺbkach galaxií po celom vesmíre. A vďaka týmto možným jadrám Axionu by sme mohli získať informácie o ich vlastnostiach.
Kľúčové sú čierne diery
Okrem udalosti Horizon Telescope, nemáme žiadne priame pozorovania supermasívnych čiernych dier. Môžeme vidieť iba materiál, ktorý sa krúti a prekypuje okolo nich. A z vlastností tohto materiálu môžeme odhadnúť veľkosť a hmotnosť čiernych dier. S týmito technikami sme v priebehu desaťročí odhalili veľmi zvláštny vzťah: mohutnejšie galaxie sú hostiteľmi mohutnejších čiernych dier v ich centrách. Tento vzťah je v skutočnosti relatívne tesný a hovorí nám, že čierne diery sa nejakým spôsobom vyvíjali s ich hostiteľskými galaxiami.
Ale ako som už povedal, čierne diery nemôžeme priamo pozorovať. Takže to nemusia byť vôbec čierne diery. Môžu to byť jadrá axiónov, ktoré sa schovávajú v strede týchto galaxií. Ak je to tak, potom to nie je tak, že čierne diery sa vyvíjali spoločne s ich hostiteľskými galaxiami, ale že jadrá axiónov sa vyvíjali spolu s ich hostiteľskými galaxiami. Čím väčšia je galaxia, tým tmavšia hmota môže byť hostiteľom a tým väčšie je jadro axiónu v strede.
To znamená, že môžeme použiť vzťah medzi tmavým objektom v strede (či už je to čierna diera alebo jadro axiónu) a samotnou galaxiou, aby sme obmedzili vlastnosti axiónov. Funguje to preto, že ak začnete hrať s hmotou častíc axiónu, potom to ovplyvní to, ako ľahko sa môžete zhlukovať a vytvoriť jadro, ktoré zmení vzťah k hostiteľskej galaxii.
Tím astronómov nedávno využil vzťah medzi čiernymi dierami a galaxiami, aby to presne urobil, a bol schopný umiestniť niektoré horné limity na hmotnosť častice axiónu, čo pomôže riadiť budúce experimenty a priame vyhľadávanie. Je axón zodpovedný za temnú hmotu vo vesmíre? Dúfajme, že jedného dňa dokážeme situáciu objasniť.
Čítať ďalej: „Jadro Axionu - svätá hmota a vzťah medzi čiernou dierou a svätou hmotou: obmedzenia na niekoľkých parsecských mierkach“
