Podíl:
10 způsobů, jak by temná hmota mohla vysvětlit vesmír
Částice tmavé hmoty nevytvářejí, neodrážejí nebo absorbují světlo. Nicméně, i když my nemůžeme vidět přímo temnou hmotu a my stále nerozumíme její podstatě, vědci věří, že tvoří asi 26 procent našeho známého vesmíru, založeného na tom, jak jeho gravitační tah interaguje s jinými vesmírnými objekty. Stejně jako vítr, který fouká větve stromu, nemůžeme vidět temnou hmotu, ale můžeme vidět, jak to ovlivňuje její okolí. Z těchto pozorování a analýzy vedou naši vědci fascinující teorie o temné hmotě. Pokud jsou pravdivé, mohou změnit hlubší pochopení vesmíru.
10Dark Matter může způsobit masové vymírání
Michael Rampino, profesor biologie z Newyorské univerzity, se domnívá, že pohyb Země skrze galaktický disk (náš region v galaxii Mléčná dráha) může způsobit hromadné vymírání na Zemi. Stalo se tak proto, že naše hnutí narušilo oběžnou dráhu komet ve vnější sluneční soustavě (známé jako "Oort Cloud") a zvýšilo teplo v jádře naší planety.
S planetami ve vleku Slunce obíhá kolem středu Mléčné dráhy každých 250 milionů let. Během své cesty se táhne skrz galaktický disk přibližně každých 30 milionů let. Rampino tvrdí, že zemský průchod skrze disk se shoduje s dopady komet a událostí hromadného vymírání na Zemi, včetně toho, který před 65 miliony lety napadl asteroid, který zabil dinosaury. Existuje také teorie, že vulkanické erupce ztenčují stádo dinosaurů těsně předtím, než je asteroid ukončí.
Kombinace neobvyklé sopečné aktivity a asteroidového úderu, který se shoduje s oběžnou dráhou Země skrze galaktický disk, by dokonale hrála Rampinin teorii. "Při cestování na disk tmavá hmota, která je zde koncentrovaná, narušuje cesty komet, které obvykle obiehávají daleko od Země ve vnější sluneční soustavě," řekl Rampino. "To znamená, že komety, které by za normálních okolností cestovaly na velké vzdálenosti od Země, měly nezvyklé cesty a způsobily, že některé z nich se s planetou střetnou." Někteří argumentují, že Rampinova teorie nefunguje, protože dinosaury zemřely asteroidy, ne kometa. Přesto přibližně 4% Oort Cloud tvoří asteroidy, což se rovná osmi miliardám z nich, které se vznášejí venku.
Navíc Rampino věří, že každá oběžná dráha Země skrze galaktický disk způsobí, že se v jádru planety hromadí temná hmota. Když se částice temné hmoty zničí, vytvářejí intenzivní teplo, které může způsobit vulkanické erupce, změny hladiny moře, stavbu hor a jinou geologickou aktivitu, která také dramaticky ovlivňuje biologický život na Zemi.
Mléčná dráha může být obrovská červí díra
Je možné, že žijeme v obrovském tunelu, který poskytuje zkratku přes vesmír?
Jak předpovídá Einsteinova obecná teorie relativity, červová díra je oblast, kde se prostor a čas ohýbá, aby vytvořil zkratku do vzdálené části vesmíru. Podle astrofyziků Mezinárodní školy pro pokročilé studium v Terstu v Itálii by mohla být temná hmota v naší galaxii rozdělena způsobem, který by umožňoval stabilní červí díru uprostřed naší Mléčné dráhy. Tito vědci věří, že může být čas, abychom přehodnotili povahu temné hmoty. Možná je temná hmota prostě další dimenzí.
"Kdybychom spojili mapu temné hmoty v Mléčné dráze s posledním velkým třeskem, který by vysvětlil vesmír," řekl profesor Paulo Salucci, "a my předpokládáme existenci prostorově-časových tunelů, to, co máme, je, že naše galaxie mohla skutečně obsahovat jeden z těchto tunelů a tunel by mohl být dokonce i velikost samotné galaxie. Ale je tu víc. Mohli bychom dokonce cestovat tunelem, protože na základě našich výpočtů by mohl být splavný. Stejně jako ten, který jsme všichni viděli v nedávném filmu Mezihvězdný.”
Samozřejmě je to jen teorie. Vědci však věří, že temná hmota může být klíčem k vytváření červí díry a určení, jak je pozorovat. Dosud nebyly objeveny žádné přírodní červové díry.
8Zjetí galaxie X
Galaxie X je také známá jako galaxie tmavé hmoty, převážně neviditelná trpasličí galaxie, která může způsobit liché vlny studeného vodíkového plynu na vnějších místech disku Mléčné dráhy. Věří, že je satelitní galaxií Mléčné dráhy, Galaxy X obsahuje cluster čtyř čepidových proměnných, pulsující hvězdy používané jako markery, které nám pomáhají měřit vzdálenosti ve vesmíru. Nevidíme zbytek této trpasličí galaxie, protože je zřejmě tvořena neviditelnou temnou hmotou. Nicméně obrovská gravitační síla té galaxie temné hmoty pravděpodobně způsobila vlnky, které jsme viděli. Bez gravitačního zdroje, jako je tmavá hmota, která je udržuje společně, je také velmi nepravděpodobné, že by čtyři Cepheidovy proměnné hvězdy by byly umístěny tak blízko sebe a uprostřed prostoru místo toho, aby se létaly.
"Objev Cepheidových proměnných dokazuje, že naše metoda nalezení lokality trpasličích galaxií dominuje temné hmotě," řekl astronom Sukanya Chakrabarti. "Může nám nakonec pomoci pochopit, z čeho je tmavá hmota složena. To také ukazuje, že Newtonova teorie gravitace může být využita k nejvzdálenějším oblastem galaxie a že není třeba měnit naši teorii gravitace. "
7Disintegrace Higgsova bosonu do temné hmoty
Vyvinutý v sedmdesátých letech, standardní model částicové fyziky je soubor teorií, které údajně předpovídají všechny známé subatomové částice ve vesmíru a způsob, jakým se vzájemně ovlivňují.S potvrzením o existenci Higgsova bosonu (také známého jako "božská částice") z roku 2012 byl standardní model úplný. Bohužel tento model nevysvětluje vše, zejména temnou hmotu, gravitační sílu, která drží galaxie dohromady. Hmotnost Higgsovy částice se zdá být také příliš nízká pro některé vědce.
To přimělo výzkumníky na technologické univerzitě Chalmers navrhnout nový model založený na supersymetrii, který dává každé známé částice v Standardním modelu těžšího superpartimentu. Podle této nové teorie se malá část Higgsových částic rozpadne na foton (lehká částice) a dva gravitinos (částice tmavé hmoty). "Kdyby se ukázalo, že model vyhovuje, zcela by to změnilo naše chápání základních stavebních kamenů přírody," řekl Christoffer Petersson z Chalmers. Model bude testován u Large Hadron Collider ve Švýcarsku.
6Dark Matter In The Sun
V závislosti na metodě, která se používá k analýze Slunce, množství prvků těžších než vodík nebo hélium kolísá o 20-30 procent. Můžeme měřit každý z těchto prvků tím, že se podíváme na spektrum světla, které vydáváme, jako na odlišný otisk prstu, nebo na to, jak ovlivňuje zvukové vlny, které procházejí Sluncem, což pak způsobuje malé změny jasu Slunce. Záhadný rozdíl mezi těmito dvěma měřeními elementů Slunce se nazývá problém solární abundance.
Potřebujeme přesné měření těchto prvků, abychom porozuměli chemickému složení Slunce, jeho hustotě a teplotě. V mnoha ohledech nám také pomůže porozumět make-upu a chování jiných hvězd, stejně jako jejich planet a galaxií.
Vědci již řadu let nedokážou navrhnout praktické řešení. Potom astronomický fyzik Aaron Vincent a jeho spolupracovníci navrhli temnou hmotu v jádru Slunce jako možnou odpověď na tento problém. Po spuštění mnoha simulací přišli s teorií, která se zdála fungovat. Zahrnuje však zvláštní typ temné hmoty nazvanou "slabě interagující asymetrická tmavá hmota", která může být hmotná nebo antihmotová, ale nikoliv obojí.
Z měření gravitace vědci vědí, že kolem Slunce obklopuje světlo temné hmoty. Asymetrické částice temné hmoty neobsahují mnoho antihmoty, takže mohou přežít kontakt s normální hmotou a budují se v jádru Slunce. Tyto částice také věří, že absorbují energii ve středu Slunce a pak přenášejí toto teplo na vnější hrany, což může představovat problém solární abundance.
"Hlavní výhodou asymetrické temné hmoty je to, že se hodně z něj může hromadit na slunci, když se zrychluje temným kouskem, který obklopuje Mléčnou dráhu," řekl Vincent. "Pokud by se temná hmota sama zničila, tmavá hmota zmizela před tím, než by dopravovala značné množství tepla z jádra Slunce."
5Darková hmota může být makroskopická
Vědci z Case Western Reserve si položili otázku, zda vědci hledají tmavou hmotu na správných místech. Konkrétně naznačují, že tmavá hmota nemusí být vyrobena z drobných exotických částic, jako jsou WIMP (slabě interagující masivní částice), ale místo makroskopických objektů, které se mohou pohybovat od pár uncí až po asteroidy. Tito vědci však omezují svou teorii o tom, kam hledat, s přihlédnutím k tomu, co již bylo pozorováno ve vesmíru. To vede k tomu, že standardní model částicové fyziky poskytne odpověď. Nevěří, že pro temnou hmotu je nezbytný nový model.
Vědci nazvali své makro objekty tmavé hmoty. Neumožňují naznačovat, že vyloučíme WIMPS a axiony (slabě interagující částice s nízkou hmotností) z úvah, ale jednoduše, že rozšíříme hledání temné hmoty o další kandidáty. Existují příklady záležitostí, které nejsou ani obyčejné, ani exotické, které nebyly zkoumány, ale spadají do parametrů standardního modelu.
"Komunita se odvrátila od myšlenky, že temná hmota by mohla být vyrobena z normální-ish věci v pozdních 80. letech," řekl profesor fyziky Glenn Starkman. "Zeptáme se, bylo to naprosto správné a jak víme, že tmavá hmota není obyčejnější věc, která by mohla být vyrobena z kvarků a elektronů?"
4GPS detekce temné hmoty
Dva fyzici navrhli používat družice GPS k nalezení tmavé hmoty, kterou vědci naznačují, že nemusí být částice, jak se běžně předpokládá, ale místo toho slzy ve struktuře vesmírného času. "Náš výzkum sleduje myšlenku, že tmavá hmota může být organizována jako velká sbírka topologických defektů plynů nebo energetických trhlin," řekl Andrej Derevianko z University of Nevada. "Navrhujeme zjistit chyby, tmavou hmotu, když nás procházejí sítí citlivých atomových hodin. Myšlenka spočívá v tom, že tam, kde hodiny vyjdou ze synchronizace, bychom věděli, že tmavá hmota, topologická vada, prošla. Ve skutečnosti si představujeme, že GPS souhvězdí je největším detektorem tmavé hmoty postavené na člověku. "
Vědci analyzují data z 30 satelitů GPS, aby zjistili, zda jejich teorie má smysl. Pokud je temná hmota skutečně jako plyn, Země projde touto galaxií. Jakoby působily jako vítr, budou Země a její družice foukat tmavá hmota, což způsobí, že GPS signály v družicích a na zemi ztratí synchronizaci příležitostně přibližně tři minuty. Vědci by měli být schopni sledovat jakýkoli nesoulad v průběhu jedné miliardtiny sekundy.
3Dark Energy může jíst temnou hmotu
Podle nedávného výzkumu se zdá, že tmavá energie jíst temnou látku, jak se obě interagují, což zpomaluje růst galaxií a nakonec může vesmír téměř prázdné místo. Mohlo by to být, že se temná hmota rozpadá do temné energie, ale ještě nevíme. Plancková kosmická loď Evropské unie nám v nedávné době poskytla přesná čísla o fyzickém složení vesmíru: 4,9 procent obyčejné hmoty (včetně nás), 25,9 procent temné hmoty a 69,2 procent temné energie.
Nevidíme tmavou hmotu ani temnou energii. Ani jeden z termínů není dobře pochopen ani ve vědecké komunitě. Jsou spíše jako zástupné termíny, popisují něco, o čem se domníváme, že se děje, ale nemůže to vysvětlit. Takže dokud vlastně nevíme, o čem mluvíme, používáme tyto nejednoznačné pojmy.
Tmavá hmota přitahuje a temná energie odpuzuje. Tmavá hmota je páteř nebo kostra, na které jsou postaveny galaxie a jejich obsah. Je pravděpodobné, že její gravitační tah drží hvězdy dohromady například v galaxiích. Gravitace je silnější, když jsou objekty blíže k sobě a slabší, když jsou od sebe vzdálenější.
Na druhé straně tmavá energie popisuje sílu, která způsobuje, že se vesmír rozšiřuje tím, že odhánějí vzdálené galaxie od nás. Tak, jak tmavá energie odpuzuje tyto objekty, gravitace oslabuje ve vesmíru. To naznačuje, že expanze vesmíru se zrychluje, aniž by se zpomalovaly účinky gravitace, jak se kdysi věřilo.
"Od konce 90. let astronomové byli přesvědčeni, že něco způsobuje, že expanze našeho vesmíru se urychlí," uvedl profesor David Wands z University of Portsmouth. "Nejjednodušším vysvětlením bylo, že prázdný prostor - vakuum - měl hustotu energie, která byla kosmologickou konstantou. Existuje však stále více důkazů, že tento jednoduchý model nedokáže vysvětlit celou škálu astronomických dat, které výzkumníci nyní mají přístup; zejména růst kosmické struktury, galaxií a shluků galaxií, se zdá být pomalejší než se očekávalo. "
Tento přenos energie se vyskytuje pouze na tmavé straně. Obvyklá záležitost (jako my) není pohlcena temnou energií.
2Dark Matter může způsobit vlnění na Galaktickém disku
Při pohledu do prostoru z Země vidíme, že hvězdy náhle skončí přibližně 50 000 světelných let od středu naší galaxie. Tak jsme si mysleli, že to byl konec naší galaxie. Neviděli jsme nic jiného významného, než bylo asi 15 000 světelných let za tou hranou, což byl Monoceros prsten hvězd, který se rozprostírá nad naší galaktickou rovinou. Někteří naši vědci si mysleli, že jsou hvězdy odtrhané od jiné galaxie.
Nová analýza dat z průzkumu Sloan Digital Sky však ukazuje, že Monoceros Ring je vlastně součástí naší galaxie. To znamená, že Mléčná dráha je alespoň o 50 procent větší než jsme si mysleli - zvyšujeme průměr našeho galaxie z přibližně 100 000 až 120 000 světelných let na přibližně 150 000 až 180 000 světelných let.
Když se podíváme ze Země, nemůžeme vidět, jak se to spojí s vlnami na galaktickém disku. Je to jako sledování vln v oceánu z pláže. Jak vlna stoupá, zabraňuje vám pohled na oceán za hranicemi, s výjimkou částí dokonce vyšších vln. Takže i když byl náš názor částečně zablokován tvarem naší galaxie, viděli jsme Monoceros Ring, protože to bylo jako pohledu na vrchol vyšší vlny.
Tento objev mění naše chápání toho, jak je Mléčná dráha postavena. "V podstatě jsme zjistili, že disk Mléčné dráhy není jen disk hvězd v rovinné rovině - je to zvlněná," říká Heidi Newberg z Rensselaer School of Science. "Jak vyzařuje ze Slunce, vidíme na disku Mléčné dráhy nejméně čtyři vlnky. Zatímco se s těmito daty můžeme podívat jen na část galaxie, předpokládáme, že tento vzorek se bude nacházet na celém disku. "
Stejně jako vlnky způsobené oblázky, která byla v rybníku hodena, vědci věří, že tyto vlnky v naší galaxii mohou být způsobeny hromadou temné hmoty nebo trpasličí galaxií, která prochází diskem Mléčné dráhy. Pokud je tato teorie pravdivá, tyto vlnky dávají vědcům možnost analyzovat distribuci temné hmoty v Mléčné dráze.
1Gama Ray Podpis
Až donedávna jediný způsob, jakým vědci zjistili tmavou hmotu, bylo zjištění možného gravitačního účinku na jiné vesmírné objekty. Vědci však věří, že gama paprsky mohou být přímějším signálem, který v našem vesmíru číhá neviditelná temná hmota. V vzrušujícím vývoji možná zjistili, že první gama paprsek v retikulu 2, nově objevené trpasličí galaxii u Mléčné dráhy.
Gama záření je forma vysokoenergetického elektromagnetického záření vyzařovaného z hustých center galaxií. Je-li pravda, že tmavá hmota je tvořena WIMP, pak by částice tmavé hmoty byly zdrojem gama paprsků, které se produkují, když se WIMP navzájem anhilují při kontaktu. Gama paprsky však mohou být vysílány i jinými zdroji, jako jsou černé díry a pulsary. Pokud naše analýza může eliminovat tyto další zdroje gama záření, pak je možné, že všechny zbylé gama paprsky pocházejí z temné hmoty. Alespoň to je teorie.
Vědci věří, že většina trpasličích galaxií neobsahuje významné zdroje gama záření, jiné než temná hmota, která může obsahovat až 99 procent trpasličí galaxie. To je důvod, proč se fyzici z univerzit Carnegie Mellon, Brown a Cambridge stali nadšení z objevu gama záření vyzařovaného z Reticulum 2.
"Gravitační detekce temné hmoty vám říká velmi málo o částicovém chování temné hmoty," řekl Matthew Walker z Carnegie Mellon University."Nyní však můžeme mít gravitační detekci, která ukazuje, že se temná hmota chová jako částicová látka, která je svatým grálem." Samozřejmě je možné, že v galaxii trpaslíků existují jiné zdroje gama paprsků, které jsme nezjistili dosud. Nedávný objev devíti potenciálních trpasličích galaxií poblíž Mléčné dráhy však může vědcům dát příležitost dále zkoumat tuto teorii detekce temné hmoty.