Mida kauem jääb tumeaine müsteerium lahendamata, seda eksootilisemad hüpoteesid selle olemuse kohta ilmuvad, sealhulgas uusim idee hiiglaslike mustade aukude pärimisest eelmisest Universumist.
Selleks, et teada saada, et midagi on olemas, pole seda vaja näha. Nii avastati kord Uraani liikumise gravitatsioonilise mõju tõttu Neptuun ja Pluuto ning tänapäeval otsitakse Hüpoteetilist planeeti X Päikesesüsteemi kaugemas äärealas. Aga mis siis, kui leiame sellise mõju kõikjal universumis? Võtke näiteks galaktikaid. Näib, et kui galaktiline ketas pöörleb, peaks tähtede kiirus orbiidi suurenemisega vähenema. Nii on näiteks Päikesesüsteemi planeetidega: Maa tiirleb ümber Päikese kiirusel 29,8 km / s ja Pluuto kiirusel 4,7 km / s. Kuid juba 1930ndatel näitasid Andromeda udukogu vaatlused, et selle tähtede pöörlemiskiirus püsib peaaegu konstantne, ükskõik kui kaugele nad perifeerias asuvad. See olukord on tüüpiline galaktikatele ja muu hulgas tõi see kaasa tumeaine mõiste tekkimise.
Probleemide karneval
Arvatakse, et me ei näe seda otseselt: see salapärane aine praktiliselt ei interakteeru tavaliste osakestega, sealhulgas ei eralda ega neela absorbeerivaid footoneid, kuid võime seda märgata gravitatsioonilise mõju kaudu teistele kehadele. Tähtede ja gaasipilvede liikumiste vaatlused võimaldavad koostada Linnutee ketast ümbritseva tumeda aine halo üksikasjalikud kaardid, rääkida olulisest rollist, mida see mängib galaktikate, klastrite ja kogu universumi suuremahulise struktuuri arengus. Siiski algavad edasised raskused. Mis on see salapärane tume aine? Millest see koosneb ja mis omadused sellel on?
Aastaid on selle rolli peamisteks kandidaatideks olnud WIMP-d - hüpoteetilised osakesed, mis ei suuda osaleda muudes interaktsioonides peale gravitatsiooni. Nad püüavad neid tuvastada nii kaudselt, haruldaste koosmõjude abil tavalise ainega kui ka otse, kasutades võimsaid tööriistu, sealhulgas suurt hadronite põrkajat. Kahjuks pole mõlemal juhul tulemusi.
"Stsenaariumi, kus LHC leiab ainult Higgsi bosoni ja mitte midagi muud, pole põhjusel õudusunenäo stsenaariumiks nimetatud," ütleb Frank Sabi ülikooli professor Sabine Hossenfelder. "See, et uue füüsika kohta pole märke leitud, on mulle üheselt mõistetav signaal: siin on midagi valesti." Selle signaali tabasid ka teised teadlased. Pärast LHC ja muude instrumentide abil tumeda aine jälgede otsimise negatiivsete tulemuste avaldamist kasvab selgelt huvi selle olemuse alternatiivsete hüpoteeside vastu. Ja mõned neist lahendustest näevad veelgi eksootilisemad välja kui Brasiilia karneval.
Reklaamvideo:
Myriad augud
Mis siis saab, kui WIMP-sid pole? Kui tume aine on mateeria, mida me ei näe, kuid näeme selle raskusjõu mõjusid, siis võib-olla on need lihtsalt mustad augud? Teoreetiliselt võinuks neid Universumi evolutsiooni kõige varasemates etappides moodustuda tohutul hulgal - mitte surnud hiiglaslikest tähtedest, vaid hõõguvat ruumi täitnud ülitiheda ja kuuma aine kokkuvarisemise tagajärjel. Üks probleem: siiani pole leitud ühtegi ürgset musta auku ja pole kindlalt teada, kas neid üldse eksisteeris. Universumis on aga ka ohtralt teisi musti auke, mis selle rolli jaoks sobivad.
Alates 2015. aastast on LIGO-interferomeeter registreerinud juba 11 gravitatsioonilainet ja 10 neist olid põhjustatud kümnete päikesemasside massiga mustade aukude ühinemisest. See iseenesest on äärmiselt ootamatu, kuna sellised objektid moodustuvad supernoova plahvatuste tagajärjel ja surnud täht kaotab selle käigus suurema osa massist. Selgub, et liitunud aukude eelkäijad olid tõesti tsüklose suurusega tähed, mis ei oleks tohtinud Universumis pikka aega sündida. Veel ühe probleemi tekitab binaarsüsteemide moodustamine nende poolt. Supernoova plahvatus on sündmus, mis on nii võimas, et kõik läheduses olevad objektid visatakse kaugele. Teisisõnu, LIGO on tuvastanud objektidelt gravitatsioonilained, mille välimus jääb saladuseks.
2018. aasta lõpus pöördusid selliste objektide poole Greenwichi teaduse ja tehnoloogia instituudi astrofüüsik Nikolai Gorkavy ja Nobeli preemia laureaat John Mather. Nende arvutused näitasid, et mustad augud, mille mass on kümneid päikesemasse, võiksid kokku liita galaktilise halo, mis jääks vaatlemiseks praktiliselt nähtamatuks ja samal ajal tekitaks kõiki iseloomulikke anomaaliaid galaktikate struktuuris ja liikumises. Näib, kus galaktika kaugemal äärealal on vajalike arvu selliste suurte mustade aukude taga? Lõppude lõpuks sünnib ja sureb suurem osa massiivsetest tähtedest keskusele lähemal. Gorkavy ja Matheri vastus on peaaegu uskumatu: need mustad augud ei tulnud "sisse", teatud mõttes nad on alati olemas olnud, Universumi algusest peale. Need on eelmise tsükli jäänused maailma laienemise ja kokkutõmbumise lõputu jada.
Tähtede kiirused galaktika keskel ja äärealadel Tahke joon näitab galaktika keskpunkti pöörlevate tähtede ja gaasi tegelikku orbitaalset kiirust; punktiir - eeldatakse tumeda aine mõju puudumisel.
Taassünni reliikvia
Üldiselt pole suur põrge kosmoloogias uus mudel, ehkki tõestamata, mis eksisteerib võrdselt paljude teiste kosmose arengu hüpoteesidega. Võimalik, et universumi elus on laienemisperioodid tõepoolest asendatud kokkutõmbumisega, "Suure kokkuvarisemisega" - ja uue põrke-plahvatusega, järgmise põlvkonna maailma sünniga. Kuid uues mudelis viivad need tsüklid läbi mustade aukude, toimides nii tumeda aine kui ka tumeda energiana - salapärane aine või jõud, mis põhjustab meie Universumi kiirenenud laienemist.
Eeldatakse, et ainet absorbeerides ja üksteisega sulandudes võivad mustad augud koguda üha rohkem Universumi kogumassist. See peaks viima selle laienemise aeglustumiseni ja seejärel kokkutõmbumiseni. Teisest küljest, kui mustad augud sulanduvad, kaotatakse gravitatsiooniliste lainete energiaga märkimisväärne osa nende massist. Seetõttu on saadud auk kergem kui tema endiste tingimuste summa (näiteks LIGO poolt registreeritud esimene gravitatsioonilaine sündis siis, kui 36 ja 29 päikese massi mustad augud sulandusid, moodustades augu, mille mass on "ainult" 62 päikese massi). Nii võib Universum kaotada massi, tõmbudes kokku ja täites üha suuremate mustade aukudega, sealhulgas ühe suurima - keskse.
Mustade aukude ja neutrontähtede mass LIGO.
Lõpuks, pärast pikka mustade aukude ühinemist, kui märkimisväärne osa Universumi massist "lekib" gravitatsiooniliste lainete kujul, hakkab see hajuma kõigis suundades. Väljastpoolt näeb see välja nagu plahvatus - Suur Pauk. Erinevalt klassikalisest Big Reboundi pildist ei toimu sellises mudelis eelmise maailma täielikku hävimist ja uus Universum pärib mõned objektid otse vanemalt. Esiteks on need kõik samad mustad augud, mis on valmis uuesti mängima selles mõlemat põhirolli - nii tumedat ainet kui ka tumedat energiat.
Nikolai Gorkavy, füüsika ja matemaatika doktor, NSVLi riikliku preemia laureaat, Greenwichi teaduse ja tehnoloogia instituudi (GIST) direktor: „Universum on täis musti auke, mis nende ühinemisel uputavad massi gravitatsioonilainetesse. Nende mitmekordne ühinemine ja massi kiire langus Universumi kokkusurumise ajal seletavad kergesti Suure Paugu tugevat "antigravitatsiooni". Ja pikaajaline kasv koos gravitatsiooniliste lainete neeldumisega ja nende vastupidine muutumine massiks selgitab suhteliselt nõrka "hüpergravitatsiooni" ja kaasaegse Universumi kiirenenud laienemist. Selline mudel põhineb ainult üldisel relatiivsusteoorial, on vaba igasuguste "tumedate olemite" kasutuselevõtust ja ennustab mustade aukude kogu spektrit, alates tähemassidest kuni supermassiivseteni. LIGO uued tähelepanekud aitavad seda testida.”
Suurepärane vanaema
Niisiis, sellel ebatavalisel pildil osutuvad tumeained suurteks mustadeks aukudeks, mis on universumist universumile pärandatud. Kuid me ei tohi unustada "keskset" musta auku, mis peaks tekkima igas sellises maailmas oma surma eelõhtul ja püsima ka järgmises. Astrofüüsikute arvutused on näidanud, et selle mass meie tänases ruumis võib ulatuda uskumatuni 6 x 1051 kg, moodustades 1/20 kogu baryoonilise aine massist, ja pidevalt suurenema. Selle kasv võib viia aegruumi järjest kiirema laienemiseni ja ilmneda Universumi kiireneva laienemisena.
Muidugi peaks sellise tsüklopeenilise massi olemasolu tingima märgatavate ebahomogeensuste ilmnemise Universumi suuremahulises struktuuris. Selliseks heterogeensuseks on juba kandidaat - Kurjuse astronoomiline telg. Need on suhteliselt nõrgad, kuid väga murettekitavad märgid Universumi anisotroopiast - struktuur, mis avaldub selles suurimates skaalades ega ole kuidagi nõus klassikaliste vaadetega Suure Paugu ja kõige sellega, mis pärast seda juhtus.
Mööda teed lahendab eksootiline hüpotees ka teise astronoomilise mõistatuse - supermassiivsete mustade aukude ootamatult varajase ilmumise probleem. Sellised objektid asuvad suurte galaktikate keskmetes ja juba universumi olemasolu esimese 1-2 miljardi aasta jooksul suutsid nad massist teadmatul viisil miljonitesse ja isegi miljarditesse päikesemassi saada. On ebaselge, kust nad põhimõtteliselt nii palju ainet leiavad ja veelgi enam, millal neil oleks aega selle imendumiseks. Kuid "päritud" mustade aukude idee raames eemaldatakse need küsimused, kuna nende embrüod oleksid võinud meile mineviku universumist kätte saada.
Kahju, et Gorkavy ekstravagantne hüpotees on endiselt vaid hüpotees. Selleks, et see saaks täieõiguslikuks teooriaks, peavad selle ennustused kattuma vaatlusandmetega - ja sellistega, mida traditsiooniliste mudelitega ei saa seletada. Muidugi võimaldab tulevane uurimistöö võrrelda fantastilisi arvutusi tegelikkusega, kuid ilmselt seda lähitulevikus ei juhtu. Seetõttu jäävad küsimused selle kohta, kus tumeaine on peidus ja mis on tumeenergia, vastamata.
Aleksander Berezin
