Kogu meie arusaam füüsikaseadustest ning standardmudeli edukusest ja üldrelatiivsusteooriast on Universumis mitmeid jälgitavaid nähtusi, mida ei saa seletada. Universum on täis saladusi, alates tähe moodustumisest kuni suure energiaga kosmiliste kiirteni. Ehkki avastame enda jaoks tasapisi ruumi, ei tea me siiski kõike. Näiteks teame, et tumeaine on olemas, kuid me ei tea, mis on selle omadused. Kas see tähendab, et me peaksime omistama kõik tundmatud mõjud tumeaine ilmingutele?
Tumeda aine kohta on nii palju saladusi, kui on tõendeid selle olemasolu kohta. Kuid süüdistada tumeainet kõigis kosmose salapärastes ilmingutes pole mitte ainult lühinägelik, vaid ka vale. Nii juhtub, kui teadlastel head ideed otsa saavad.
Kaks eredat suurt galaktikat Koma klastri keskel, igaüks üle miljoni valgusaasta suurune. Äärel asuvad galaktikad viitavad kogu kobaras suure tumeaine halo olemasolule.
Tume aine on kõikjal universumis. Esmakordselt konsulteeriti sellega 1930. aastatel, et selgitada üksikute galaktikate kiiret liikumist galaktikaparvedes. See juhtus seetõttu, et kogu tavaline aine - prootonitest, neutronitest ja elektronidest koosnev aine - ei ole gravitatsiooni koguhulga selgitamiseks piisav. Siia kuuluvad tähed, planeedid, gaas, tolm, tähtedevaheline ja galaktikatevaheline plasma, mustad augud ja kõik muu, mida saame mõõta. Pimeainet toetavad tõendusmaterjalid on arvukad ja veenvad, nagu märkis füüsik Ethan Siegel.
Tumeaine on vajalik seletamiseks:
- üksikute galaktikate pöörlemisomadused, - erineva suurusega galaktikate moodustumine hiiglaslikest elliptilistest kuni - Linnutee suuruste galaktikateni ja meie lähedal asuvate pisikeste kääbusgalaktikateni
Reklaamvideo:
- galaktikapaaride vastastikune mõju, - galaktikaparvede ja galaktikaparvede omadused suures ulatuses, - kosmosevõrk, sealhulgas selle niitkonstruktsioon, - mikrolaineahju kosmilise tausta kõikumiste spekter, - kaugete masside gravitatsioonilise läätsestamise täheldatud mõju, - raskusjõu mõju ja tavalise aine olemasolu täheldatud erinevus galaktikaparvede kokkupõrgetes.
Nii väikeses üksikute galaktikate kui ka kogu Universumi skaalal on vaja tumeainet.
Pannes seda kõike ülejäänud kosmoloogia konteksti, usume, et igas galaktikas, ka meie oma, on seda ümbritsev tohutu hajusa tumeaine halo. Erinevalt meie galaktika tähtedest, gaasist ja tolmust, mis on enamasti kettal, peaks tumeaine halo olema sfääriline, sest erinevalt tavalisest (aatomipõhisest) ainest ei "tumeneda" seda pigistades. … Samuti peaks tumeaine olema galaktikakeskuses tihedam ja ulatuma kümme korda kaugemale kui galaktika enda tähed. Lõpuks peaks igas halos olema väikesed tumeaine tükid.
Kõigi eespool loetletud vaatluste kogumi ja ka teiste reprodutseerimiseks ei tohiks tumeainel olla muid omadusi kui järgmised: sellel peaks olema mass; see peab gravitatsiooniliselt suhtlema; see peab valguse kiiruse suhtes liikuma aeglaselt; see ei tohiks teiste jõudude kaudu tugevalt suhelda. Kõik. Kõik muud koostoimed on väga piiratud, kuid pole välistatud.
Miks siis, kui astrofüüsikaline vaatlus viiakse läbi teatud tüüpi tavalise osakese - footonite, positroonide, antiprootonite - liiaga, räägivad inimesed ennekõike tumeainest?
Selle nädala alguses avaldas pulsarite ümbruses gammakiirgusallikaid uuriv teadlaste rühm oma järeldused ajakirjas Science. Oma töös püüdsid nad paremini mõista, kust meie täheldatud positroonide liialdused tulid. Positronid, elektronide antipoodid, sünnivad tavaliselt mitmel viisil: kui tavalised osakesed kiirendatakse piisavalt suurte energiateni, kui need põrkuvad kokku teiste aineosakestega, ja elektron-positronipaaride tootmisega vastavalt Einsteini valemile E = mc2. Sellised paarid loome füüsiliste katsete käigus ja saame astronoomiliselt jälgida positroni loomist nii otseselt kosmiliste kiirte otsimisel kui kaudselt elektron-positroni hävitamise energiaallkirja otsimisel.
Need astrofüüsikalised positroni allkirjad esinevad galaktikakeskuse lähedal, suunates punktallikaid, näiteks mikrokvaasareid ja pulsaare, mis asuvad meie galaktika salapärases piirkonnas, mida nimetatakse Suureks hävitajaks, ja hajutatud tausta osas, mille päritolu pole teada. Üks on kindel: positroneid näeme rohkem kui eeldame. Ja see on teada juba pikka aega. PAMELA mõõtis seda, Fermi mõõtis seda, AMS ISS-i pardal. Hiljuti mõõtis HAWC vaatluskeskus äärmiselt kõrge energiaga TeV-tasemel gammakiiri ja näitas, et need on keskastme pulsaritelt pärinevad suure kiirendusega osakesed. Kuid kahjuks ei piisa täheldatud positroonide liia selgitamiseks.
Millegipärast voolab narratiiv iga positroonide liia mõõtmise ja astrofüüsikalise allika iga vaatlusega, mis seda ei seleta, "me ei saa seda seletada, nii et süüdi on tume aine". Ja see on halb, sest on palju võimalikke astrofüüsikalisi allikaid, mis ei vaja midagi eksootilist, näiteks:
- positroonide ja gammakiirte sekundaartootmine teiste osakeste poolt, - mikrokvaasarid või midagi muud, mis toidab musti auke, - väga noored või väga vanad pulsarid, magnetarid, - supernoova jäänused.
See loetelu ei ole lõplik, kuid pakub mitmeid näiteid selle ülejäägi tekitamiseks.
Paljud selles valdkonnas töötavad inimesed valivad tumeaine, sest see oleks läbimurre, kui tume aine hävitaks ja tekitaks gammakiiri ning tavalise aine osakesi. See oleks pimedat ainet jahtivatele astrofüüsikutele unistuste stsenaarium. Kuid soovmõtlemine pole kunagi viinud suuremate avastusteni. Ja kuigi tumeainet esitatakse kõige sagedamini positroni ülejäägi selgitusena, pole see tõenäolisem kui tulnukad, kes seletavad tähte Tabby.
Pärast seda, kui palus selgitust HAWC juhtivteadurilt Brenda Dinguselt, sai Ethan Siegel järgmise kommentaari:
"Positroonide allikaid on kahtlemata veel. Kuid positroonid ei lahku kaugelt oma allikatest ja läheduses pole palju allikaid. HAWC avastas kaks parimat kandidaati ja me teame nüüd nende toodetud positroonide arvu. Samuti teame, kuidas need positronid oma allikatest hajuvad; oodatust aeglasemalt. Ehkki oleme kinnitanud läheduses olevate positroonide allikaid, oleme avastanud, et positroonid eemalduvad oma päritolukohast väga aeglaselt ega tekita seetõttu Maal liigset positroonide hulka. Ühe võimaluse välistades muudame muud võimalused tõenäolisemaks. See aga ei tähenda, et positronid PEAVAD tulema tumeainest. Me ei mõtle seda."
Tähelepanuväärne on see, et HAWC andmete positroonid moodustavad ainult 1% teistes katsetes nähtud positroonidest, osutades päevakangelasena millelegi muule. Kui tehakse tähelepanek, mis on vastuolus meie traditsiooniliste ideedega, nagu ka astrofüüsikaliste positroonide ülejäägiga, ei tohiks välistada, et tegemist võib olla tumeainega. Kuid on palju tõenäolisem, et muud astrofüüsikalised protsessid selgitavad neid mõjusid. Kui teaduses ilmneb müsteerium, tahavad kõik revolutsiooni, kuid enamasti saavad nad midagi tavalist.
Ilja Khel
