Екзотичні теорії темної матерії. Якщо ви шануєте всі найдивовижніші речі у Всесвіті, то ця стаття для вас.
Більшість вмісту нашого Всесвіту мають форму, абсолютно невідому фізиці. Це просто суворий факт, до якого ми всі мусимо звикати. Якщо ви спокусилися думати, що це просто якаськосмологічний Проблема, питання, яке виникає лише в найбільш великих масштабах, то я маю для вас погані новини. Один з цих загадкових компонентів космосу - наскільки ми можемо сказати - форма матерії.
Але не будь-яка форма матерії, інакше ми б її вже бачили. Ні, ми вважаємо, що це свого родутемний матерія; матерія, яка просто не взаємодіє зі світлом. Без викидів. Поглинання немає. Ніякого розсіювання. Нічого. А того, що існує темна матерія, не повинно бутищо дивно, чи не так? Адже хто диктував, що все у Всесвітіповинен взаємодіють зі світлом?
Ніхто цього не робив, і так ми тут. Якщо ви подивитеся на випадкову галактику, речовини, що загоряються - зірки, туманності тощо - представляють лише невелику частку від загальної кількості маси в цій галактиці. Точне співвідношення між "нормальною" речовиною і темною речовиною залежить від безлічі факторів, як, наприклад, історія формування галактики. Але загалом, чим менша галактика, тим більше в ній переважає темна речовина.
Найменші галактики, відомі як карликові галактики, могли б забезпечити зручну лабораторію для вивчення темної речовини. У цих галактиках темна матерія вільна робити те, що робить темна матерія без будь-якої з цих примхливих світло-взаємодіючих речовин, щоб дійсно ускладнити речі. Якщо темна матерія робить щось дивне (ну, чуже, ніж просто існуюче), як-от взаємодіяти з собою через слабку ядерну силу або складається з безлічі видів екзотичних частинок, то будь-які ефекти зроблять себе більш вираженими в карликовій галактиці, ніж щось подібне Чумацький Шлях.
Це все чудово і добре, за винятком невеликого застереження, що хоча вся ця цікава фізика відбувається під капотом, нам важко це побачити. Тому що темно
Одне з багатьох речей, яких ми не розуміємо щодо темної матерії, - це те, як вона поводиться в ядрах галактик. Прості імітації еволюції галактики передбачають щось, що називається «кускою» - твердий горіх неймовірно високої щільності, що сидить у кремовому центрі галактики. Але спостереження цього не підтверджують: за гравітаційним впливом усієї цієї темної матерії повинно бути багато зірок. І там впевнено багато зірок у центрі галактики, але ніщо багато.
Щось має згладити центральну темну речовину. Це можуть бути екзотичні взаємодії у самій темній матері. Це може бути більш приземленими причинами, як, наприклад, вітрові сверхнові вибухи газу. Це може бути і те, і інше.
Астрономи дуже і дуже зацікавлені в ядрах галактик, і особливо карликових галактик, адже саме там вони можуть потенційно дізнатися багато про темну матерію. І незважаючи на їхню складну, безладну фізику, нам все одно потрібні зірки та газ для спостереження, зондування та вивчення карликових галактик, сподіваючись, що ми зможемо простежити поведінку основної темної матерії. Але карликові галактики далекі, тьмяні і маленькі - і їх ядра тим більше.
Як ми могли заглянути в них?
На щастя, у галактик є більше, ніж у зоряних громадян. У них також є чорні діри. Гігантські надмасивні в своїх ядрах і мільйони менших плавають всередині них. І той факт, що гігантські чорні діри, як правило, збираються в ядрах своїх галактик-господарів, може бути корисним. Тож можливо - працюй зі мною тут, - якби ми могли якось вивчити поведінку чорних дір усередині карликових галактик, ми могли б отримати деякі підказки до природи темної матерії.
Але чорні діри теж чорні і важко помітні. І маленький. І далеко. На щастя, нам не потрібно бачити чорні діри - ми можемо їх почути.
Коли чорні діри стикаються, вони трясуться і спотворюють тканину простору настільки, що вони викликають хвилі, як брижі, що поширюються з важкого каменю, опущеного у воду. Ці хвилі сили тяжіння поширюються по простору зі швидкістю світла, постійно настільки розтягуючи і стискаючи будь-яку речовину, що втручається, коли вони миються. Насправді, коли ви читаєте це, ваше тіло перетягується та притискається, як шматок шпаклівки від незліченних гравітаційних хвиль, що проходять через Землю.
Ці хвилі сили тяжіння виявити шалено важко, тому перші люди, які їх виміряли, отримали кілька Нобелівських премій за багаторічні зусилля, щоб використовувати перешкоди промені світла для зйомки тонкого сигналу.
Але наші три обсерваторії гравітаційних хвиль на поверхні Землі не можуть допомогти нам у вирішенні проблеми з чорною дірою-всередині-карликом-галактикою для вивчення темної матерії. Ті чорні діри - відомі якчорні діри середньої маси - вони занадто малі, щоб здійснити розпізнавання сигналу сюди, на Чумацькому Шляху, коли вони зливаються.
Але гравітаційна хвильова обсерваторія в просторі могла б. Запропонована місія LISA (яка розшифровується, як ви могли здогадатися, космічна антена лазерного інтерферометра) може мати правильну чутливість, щоб побачити сигнал про злиття середніх розмірів чорних дір, як і ті, що знаходяться у серцях карликових галактик.
Згідно з новою публікацією, нещодавно прийнятою журналами «Астрофізичний журнал» під керівництвом Томаша Томфала з Цюріхського університету, різні моделі темної матерії (та можливі її взаємодії з нормальною світлолюбивою речовиною) можуть впливати на те, як часто і як швидко чорні діри в карликових галактиках зливаються - це щось, що LISA може розрізнити.
Це обхідний шлях до розуміння темної матерії, але в проблемі, настільки неприємній, як ця, вона є багатообіцяючою.
Читайте більше: "Формування бінарних каналів чорної діри LISA в об'єднанні карликових галактик: відбиток темної матерії"
