Kā sākotnējie melnie caurumi varētu izskaidrot tumšo vielu

Reģistrējieties CNN brīnumu teorijas zinātnes biļetenam. Izpētiet Visumu ar ziņām par aizraujošiem atklājumiem, zinātnes sasniegumiem un daudz ko citu.



CNN

Apmēram 50 gadus zinātnieku aprindas ir cīnījušās ar lielu problēmu: Visumā nav pietiekami daudz redzamas matērijas.

Viss, ko mēs redzam — zvaigznes, planētas, kosmiskie putekļi un viss pa vidu — nevar izskaidrot, kāpēc Visums uzvedas tā, kā tas darbojas, un mums apkārt ir jābūt piecas reizes lielākam matērijas daudzumam, lai pētnieki varētu veikt novērojumus. sajūtu. Saskaņā ar NASA. Zinātnieki šo vielu sauc par tumšo vielu, jo tā nesadarbojas ar gaismu un ir neredzama.

70. gados amerikāņu astronomi Vera Rubina un… Kents Fords atklāja tumšās matērijas esamību, aplūkojot zvaigznes, kas riņķo ap spirālveida galaktiku malām. Viņi atzīmēja, ka šīs zvaigznes pārvietojas pārāk ātri, lai tās noturētu kopā galaktikas redzamā viela un gravitācija, un tā vietā tās būtu vajadzējis aizpūst. Vienīgais izskaidrojums bija tāds, ka galaktiku kopā satur liels daudzums neredzamas vielas.

“Ko jūs redzat spirālveida galaktikā” Robins teica Tajā laikā “tas nav tas, ko jūs saņemat.” Viņas darbs balstījās uz hipotēzi, ko 20. gadsimta 30. gados formulēja Šveices astronoms Frics Cvikijs, un sāka meklēt nenotveramo vielu.

Kopš tā laika zinātnieki ir mēģinājuši tieši novērot tumšo vielu un pat to veidot Lieliskas ierīces Lai to atklātu, bet līdz šim mums nav veicies.

Pētījuma sākumā slavenais britu fiziķis Stīvens Hokings izvirzīja hipotēzi, ka tumšā viela varētu slēpties melnajos caurumos – viņa darba galvenajā priekšmetā -, kas izveidojās lielā sprādziena laikā.

Pitmana arhīvs/Getty Images

Nelaiķis fiziķis Stīvens Hokings izvirzīja hipotēzi, ka tumšā viela varētu slēpties melnajos caurumos, kas izveidojās Lielā sprādziena laikā.

Tagad jauns MIT pētnieku pētījums ir izvirzījis teoriju atpakaļ uzmanības centrā, atklājot, no kā ir izgatavoti šie pirmatnējie melnie caurumi, un, iespējams, šajā procesā atklājot pilnīgi jaunu eksotisku melno caurumu veidu.

“Tā veidā tas bija patiešām jauks pārsteigums,” sacīja viens no pētījuma autoriem Deivids Kaisers.

“Mēs izmantojām Stīvena Hokinga slavenos aprēķinus par melnajiem caurumiem, jo ​​īpaši viņa svarīgo rezultātu par starojumu, ko izstaro melnie caurumi,” sacīja Kaisers. “Šie eksotiskie melnie caurumi rodas, mēģinot risināt tumšās vielas problēmu. Tie ir tumšās vielas skaidrojuma blakusprodukts.”

READ  Pētījumā teikts, ka PTSD simptomi ir izplatīti Covid-19 pacientu ģimenē intensīvās terapijas nodaļā

Zinātnieki ir izdarījuši daudzus minējumus par to, kas ir tumšā viela, sākot no nezināmām daļiņām līdz papildu dimensijām. Taču Hokinga teorija par melnajiem caurumiem ir stājusies spēkā tikai nesen.

“Cilvēki to neuztvēra nopietni vēl pirms 10 gadiem,” sacīja pētījuma līdzautore Elba Alonso Monsalve, MIT absolvents. “Tas ir tāpēc, ka melnie caurumi kādreiz šķita patiešām tāli. 1900. gadu sākumā cilvēki domāja, ka tie ir tikai jautrs matemātisks fakts, nevis tikai fizisks fakts.”

Tagad mēs zinām, ka gandrīz katras galaktikas centrā ir melnais caurums, atklāja Einšteina pētnieki Gravitācijas viļņi Radīts melno caurumu sadursmē 2015. gadā — ievērojams atklājums — tas parādīja, ka tie ir visur.

“Patiesībā Visums ir pilns ar melnajiem caurumiem,” sacīja Alonso Monsalve. “Bet neviena tumšās vielas daļiņa netika atrasta, lai gan cilvēki meklēja visas vietas, kurās viņi to cerēja atrast, tas nenozīmē, ka tumšā viela nav daļiņa vai ka tā noteikti ir melnie caurumi Bet tagad “melnie caurumi tiek uztverti nopietni kā tumšās vielas kandidāti.”

Pēdējais Mūsdienu studijas Hokinga hipotēze ir apstiprināta kā patiesa, taču Alonso Monsalvi un Kaisera, fizikas profesora un MIT Germshauzenas institūta zinātnes vēstures profesora, darbs iet soli tālāk un pēta, kas tieši notika, kad pirmie melnie caurumi parādījās. veidojas. .

uz Stadykas publicēts 6. jūnijā žurnālā Physical Review Letters, atklāj, ka šiem melnajiem caurumiem ir jāparādās lielā sprādziena pirmajās piecās miljondaļās sekundes: “Tas ir ļoti agri, daudz agrāk nekā brīdis, kad parādījās protoni un neitroni. Alonso Monsalve teica: “Molekulas, kas veido visu, tika izveidotas.”

Viņa piebilda, ka mūsu ikdienas pasaulē mēs nevaram atrast sadalītos protonus un neitronus, kas ir elementāras daļiņas. Tomēr mēs zinām, ka tā nav, jo tas sastāv no mazākām daļiņām, ko sauc par kvarkiem, ko satur citas daļiņas, ko sauc par gluoniem.

READ  Pērtiķu baku gadījumu skaits pieaug, taču ASV amatpersonas apgalvo, ka kopējais risks ir zems

“Jūs nevarat atrast kvarkus un gluonus vienus un brīvus Visumā, jo ir pārāk auksts,” piebilda Alonso Monsalvi. “Bet Lielā sprādziena sākumā, kad bija ļoti karsts, tos varēja atrast atsevišķi un brīvi, tāpēc pirmie melnie caurumi radās, absorbējot brīvos kvarkus un gluonus.

Šāda konfigurācija padarītu to radikāli atšķirīgu no astrofizikālajiem melnajiem caurumiem, ko zinātnieki parasti novēro Visumā un kas rodas zvaigžņu sabrukšanas rezultātā. Arī pirmatnējais melnais caurums būtu daudz mazāks, un tikai asteroīda masa vidēji būtu kondensēta līdz viena atoma izmēram. Bet, ja pietiekami daudz šo pirmatnējo melno caurumu neiztvaikotu lielā sprādziena sākumā un izdzīvotu līdz mūsdienām, tie varētu būt atbildīgi par visu vai lielāko daļu tumšās matērijas.

Saskaņā ar pētījumu, kamēr veidojās pirmie melnie caurumi, cita veida neredzams melnais caurums noteikti ir izveidojies kā blakusprodukts. Tas būtu bijis mazāks, tikai A bloks vienradziskondensēts līdz viena protona izmēram.

Šie sīkie melnie caurumi to mazā izmēra dēļ spēja uztvert retu un dīvainu kvarka-gluona zupas īpašību, kurā tie veidojās, ko sauc par “krāsu lādiņu”. Tas ir uzlādes stāvoklis, kas attiecas tikai uz kvarkiem un gluoniem, un tas nekad nav atrodams parastos objektos, sacīja Kaisers.

Šis krāsas lādiņš padarītu to unikālu starp melnajiem caurumiem, kuriem parasti nav nekāda veida lādiņa. “Ir neizbēgami, ka arī šie mazākie melnie caurumi būtu veidojušies kā blakusprodukts (sākotnējo melno caurumu veidošanās rezultātā), taču šodien tie vairs nepastāvētu, jo tie jau būtu iztvaikojuši,” sacīja Alonso Monsalve.

Tomēr, ja tas joprojām būtu aptuveni desmit miljono daļu attālumā no lielā sprādziena, kad veidojās protoni un neitroni, tas varēja atstāt novērojamus pirkstu nospiedumus, mainot līdzsvaru starp divu veidu daļiņām.

“Līdzsvars starp protonu skaitu un radīto neitronu skaitu ir ļoti trausls, un tas ir atkarīgs no tā, kāda cita viela tajā laikā atradās Visumā,” viņa piebilda: “Ja šie melnie caurumi ar krāsainiem lādiņiem joprojām pastāvētu varētu mainīt līdzsvaru starp protoniem un neitroniem.

READ  NASA novatoriskais Marsa helikopters lido ātrāk un tālāk ar trešo lidojumu - NASA Marsa izpētes programmu

Mērījumu varētu iegūt no zemes teleskopiem vai jutīgiem instrumentiem uz orbītā esošajiem satelītiem, sacīja Kaisers. Viņš piebilda, ka var būt cits veids, kā apstiprināt šo dīvaino melno caurumu esamību.

“Melno caurumu kopas veidošanās ir ārkārtīgi vardarbīgs process, kas radītu milzīgus viļņus apkārtējā kosmosa vēsturē, bet ne līdz nullei,” sacīja Kaisers gravitācijas detektori varētu apskatīt.”

Ko tas nozīmē notiekošajiem eksperimentiem, cenšoties atklāt tumšo vielu, piem LZ tumšās vielas eksperiments Dienviddakotā?

“Ideja par dīvainām jaunām daļiņām joprojām ir interesanta hipotēze,” sacīja Kaisers. Ir arī cita veida lieli eksperimenti, daži tiek izstrādāti, meklējot novatoriskus veidus, kā noteikt gravitācijas viļņus. Tie faktiski var uztvert dažus maldinošus signālus no ārkārtīgi vardarbīgā pirmatnējo melno caurumu veidošanās procesa.

Alonso Monsalvi piebilda, ka pastāv arī iespēja, ka pirmatnējie melnie caurumi ir tikai neliela tumšās matērijas daļa. “Tam īsti nav jābūt vienādam,” viņa teica. “Tur ir piecas reizes vairāk tumšās vielas nekā parastā matērija, un parastā matērija sastāv no vesela virknes dažādu daļiņu. Tātad, kāpēc tumšajai vielai ir jābūt viena veida objektiem?”

Sākotnējie melnie caurumi atguva popularitāti līdz ar gravitācijas viļņu atklāšanu, tomēr maz ir zināms par to veidošanos, norāda Maiami Universitātes Fizikas katedras docents Niko Kapelloti. Viņš nepiedalījās pētījumā.

“Šis darbs ir interesants un dzīvotspējīgs risinājums netveramas tumšās vielas izskaidrošanai,” sacīja Kapelloti.

Pētījums ir aizraujošs un ierosina jaunu mehānismu pirmās paaudzes melno caurumu veidošanai, sacīja Priyamvada Natarajan, Džozefs S. un Sofija S. Frutons, Jēlas universitātes astronomijas un fizikas profesors. Viņa arī nepiedalījās pētījumā.

“Viss ūdeņradis un hēlijs mūsu Visumā šodien tika izveidots pirmajās trīs minūtēs, un, ja pat tad būtu bijis pietiekami daudz šo pirmatnējo melno caurumu, tie būtu ietekmējuši šo procesu un šīs sekas varētu būt nosakāmas,” sacīja Natarajans. .

“Fakts, ka šī ir novērojumos pārbaudāma hipotēze, ir tas, kas man šķiet patiešām aizraujošs, ja neskaita faktu, ka tas liecina, ka daba, iespējams, radījusi melnos caurumus, sākot no senākajiem laikiem, izmantojot vairākus ceļus.”

Angelica Johnson

"Tīmekļa praktizētājs. Sašutinoši pazemīgs ēdiena entuziasts. Lepns twitter advokāts. Pētnieks."

Atbildēt

Jūsu e-pasta adrese netiks publicēta. Obligātie lauki ir atzīmēti kā *

Back to top