Kun ymmärrämme kaikki fysiikan lait ja standardimallin onnistumisen sekä yleisen suhteellisuusteollisuuden, maailmankaikkeudessa on useita havaittavia ilmiöitä, joita ei voida selittää. Maailmankaikkeus on täynnä mysteerejä, tähtien muodostumisesta korkean energian kosmisiin säteisiin. Vaikka etsimme vähitellen tilaa itsellemme, emme vielä tiedä kaikkea. Esimerkiksi tiedämme, että pimeää ainetta on olemassa, mutta emme tiedä sen ominaisuuksia. Tarkoittaako tämä sitä, että meidän pitäisi kohdistaa kaikki tuntemattomat vaikutukset pimeän aineen ilmentymiin?
Pimeästä aineesta on yhtä monta mysteeriä kuin sen olemassaolosta on todisteita. Mutta pimeän aineen syyttäminen kaikista avaruuden salaperäisistä ilmentymistä ei ole vain likinäköisyyttä, vaan myös väärää. Näin tapahtuu, kun tutkijoilta loppuvat hyvät ideat.
Kaksi kirkasta suurta galaksia Coma-klusterin keskellä, kukin yli miljoonan valovuoden kokoinen. Laitamien galaksit osoittavat, että koko joukossa on suuri tumma-aineen halo.
Tumma aine on kaikkialla maailmankaikkeudessa. Sitä kuultiin ensimmäisen kerran 1930-luvulla yksittäisten galaksien nopean liikkumisen selittämiseksi galaksiryhmissä. Tämä tapahtui, koska kaikki tavalliset aineet - protonista, neutronista ja elektroneista koostuva aine - eivät riitä selittämään painovoiman kokonaismäärää. Tähän sisältyvät tähdet, planeetat, kaasu, pöly, tähtienvälinen ja galaktinen plasma, mustat aukot ja kaikki muu, mitä voimme mitata. Pimeää ainetta tukevat todisteet ovat lukuisat ja vakuuttavat, kuten fyysikko Ethan Siegel totesi.
Pimeää ainetta tarvitaan selittämään:
- yksittäisten galaksien pyörimisominaisuudet, - erikokoisten galaksien muodostuminen jättiläisistä elliptisistä - Linnunradan kokoisiin pieniin galaksiin ja lähellä oleviin pieniin kääpiögalakseihin, Mainosvideo:
- galaksiparien välinen vuorovaikutus, - galaksiryhmien ja galaksiryhmien ominaisuudet suuressa mittakaavassa, - avaruusverkko, mukaan lukien sen rihmarakenne, - kosmisen mikroaaltotaustan vaihteluiden spektri, - etäisten massojen gravitaatiolinssin havaitut vaikutukset, - havaittu ero painovoiman vaikutusten ja tavallisen aineen läsnäolon välillä galaksiryhmien törmäyksissä.
Pimeää ainetta tarvitaan sekä pienessä mittakaavassa yksittäisissä galakseissa että koko maailmankaikkeudessa.
Kun tarkastelemme tätä kaikkea muuta kosmologiaa, uskomme, että jokainen galaksi, myös oma, sisältää sitä ympäröivän massiivisen, diffuusin pimeän aineen halon. Toisin kuin galaksissamme olevat tähdet, kaasu ja pöly, jotka ovat enimmäkseen levyllä, pimeän aineen halon tulisi olla pallomainen, koska toisin kuin tavallinen (atomipohjainen) aine, tumma aine ei "litisty", kun puristat sitä … Pimeän aineen tulisi myös olla tiheämpi galaktisessa keskuksessa ja ulottua kymmenen kertaa kauemmaksi kuin itse galaksin tähdet. Lopuksi, jokaisessa halossa tulisi olla pieniä tumman aineen palasia.
Edellä mainittujen ja muiden havaintojen kokonaisuuden toistamiseksi pimeällä aineella ei pitäisi olla muita ominaisuuksia kuin seuraavat: sen pitäisi olla massa; sen on oltava vuorovaikutuksessa painovoiman kanssa; sen on liikkuttava hitaasti suhteessa valon nopeuteen; sen ei tulisi olla vahvassa vuorovaikutuksessa muiden voimien kautta. Kaikki. Muut yhteisvaikutukset ovat erittäin rajoitettuja, mutta niitä ei ole suljettu pois.
Miksi silloin, kun astrofysikaalinen havainto suoritetaan ylimäärällä tavallista tietyntyyppistä hiukkaa - fotoneja, positroneja, antiprotoneja -, ihmiset puhuvat ennen kaikkea pimeästä aineesta?
Aiemmin tällä viikolla joukko tutkijoita, jotka tutkivat gammasäteilyn lähteitä pulssien ympärillä, julkaisivat tutkimuksensa Science. Työssään he yrittivät ymmärtää paremmin, mistä havaittu positronien ylimäärä tuli. Positronit, elektronien antipodit, syntyvät yleensä monin tavoin: kun tavalliset hiukkaset kiihtyvät riittävän suuriksi energioiksi, kun ne törmäävät muiden ainehiukkasten kanssa ja elektroni-positroniparien tuottamiseen Einsteinin kaavan E = mc2 mukaan. Luomme tällaisia pareja fyysisten kokeiden aikana ja voimme tarkkailla positronin syntymistä astrofysikaalisesti sekä suoraan, etsimällä kosmisia säteitä että epäsuorasti, etsimällä elektroni-pozitronien tuhoamisen energia-allekirjoitusta.
Nämä astrofysikaaliset positroni-allekirjoitukset esiintyvät lähellä galaktisen keskuksen kohdentamalla pistelähteitä, kuten mikrokvaasareita ja pulsareja, jotka sijaitsevat galaksissamme salaperäisellä alueella, joka tunnetaan nimellä suuri hävittäjä, ja osassa hajakuormaa, jonka alkuperää ei tunneta. Yksi asia on varma: näemme enemmän positroneja kuin odotamme. Ja tämä on ollut tiedossa jo kauan. PAMELA mitasi sen, Fermi mitasi sen, AMS ISS: n aluksella. Viime aikoina HAWC-observatorio mitasi erittäin korkean energian TeV-tason gammasäteitä ja osoitti, että ne ovat voimakkaasti kiihtyneitä hiukkasia, jotka tulevat keskitason pulsareista. Valitettavasti tämä ei kuitenkaan riitä selittämään havaittua positronien ylimäärää.
Jostain syystä, jokaisella positronien ylimäärän mittauksella ja jokaisella astrofyysisen lähteen havainnoinnilla, joka ei selitä sitä, kertomus virtaa "emme voi selittää sitä, joten pimeä aine on syyllinen". Ja tämä on huono, koska on olemassa monia mahdollisia astrofyysisiä lähteitä, jotka eivät vaadi mitään eksoottista, esimerkiksi:
- muiden hiukkasten positronien ja gammasäteiden jälkituotanto, - mikrokvaasarit tai jotain muuta, joka ruokkii mustia aukkoja, - hyvin nuoret tai hyvin vanhat pulssit, magnetarit, - supernovan jäännökset.
Tämä luettelo ei ole lopullinen, mutta siinä on useita esimerkkejä siitä, mikä voisi luoda tämän ylijäämän.
Monet tällä alalla työskentelevät ihmiset valitsevat pimeän aineen, koska se olisi läpimurto, jos pimeä aine tuhoaa ja tuottaa gammasäteitä ja tavallisen aineen hiukkasia. Tämä olisi unelmaskenaario astrofyysikoille, jotka etsivät pimeää ainetta. Mutta toiveajattelu ei ole koskaan johtanut suuriin löytöihin. Vaikka pimeä aine esitetään useimmiten selityksenä positroniylijäämälle, se ei ole todennäköisempää kuin ulkomaalaiset selittävät Tabbyn tähden.
Ethan Siegel sai HAWC: n johtajalta Brenda Dingukselta seuraavan kommentin:
”Positroneista on epäilemättä muita lähteitä. Mutta positronit eivät eksy kauas lähteistään, eikä lähistöllä ole paljon lähteitä. HAWC löysi kaksi parasta ehdokasta, ja tiedämme nyt niiden tuottamien positronien lukumäärän. Tiedämme myös kuinka nämä positronit diffundoituvat lähteistään; odotettua hitaammin. Vaikka olemme vahvistaneet positronien lähteet lähistöllä, olemme havainneet, että positronit siirtyvät hyvin hitaasti lähtöpaikastaan, eivätkä siten luo ylimääräistä positroneja maapallolle. Poistamalla yhden mahdollisuuden teemme muita mahdollisuuksia todennäköisemmiksi. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että positronien PITÄÄ olla peräisin pimeästä aineesta. Emme tarkoita sitä."
Huomattavaa on, että HAWC-datan positronit muodostavat vain 1% muissa kokeissa havaituista positroneista, mikä viittaa syylliseen johonkin muuhun. Kun tehdään havainto, joka on ristiriidassa perinteisten ajatuksiemme kanssa, kuten astrofysikaalisten positronien ylijäämä, ei pidä sulkea pois mahdollisuutta, että mukana voi olla pimeää ainetta. Mutta on paljon todennäköisempää, että muut astrofysikaaliset prosessit selittävät nämä vaikutukset. Kun tieteessä ilmenee mysteeri, jokainen haluaa vallankumouksen, mutta usein saa jotain tavallista.
Ilya Khel