Сеть Тёмной Материи
В 1930-х годах швейцарский астроном по имени Фриц Цвикки заметил, что галактики в далеком скоплении вращаются вокруг друг друга намного быстрее, чем им следовало бы дать видимую массу, которую они имели. Он предположил, что невидимая субстанция, которую он назвал темной материей, могла гравитационно притягивать эти галактики.
С тех пор исследователи подтвердили, что этот загадочный материал можно найти повсюду в космосе, и что его в шесть раз больше, чем обычного вещества, из которого состоят обычные предметы, такие как звезды и люди. Тем не менее, несмотря на то, что темная материя видна повсюду во Вселенной, ученые в основном все еще ломают голову над ней. Вот 11 самых больших вопросов о темной материи, на которые нет ответов.
Что такое темная материя?
Во-первых, что, возможно, вызывает наибольшее недоумение, исследователи остаются не уверены в том, что же такое темная материя. Первоначально некоторые ученые предположили, что недостающая масса во Вселенной состоит из маленьких слабых звезд и черных дыр, хотя подробные наблюдения не выявили достаточно таких объектов, чтобы объяснить влияние темной материи, как сказал физик Дон Линкольн из Департамента США Фермилаб компании Energy ранее писал для Live Science . В настоящее время ведущим претендентом на мантию темной материи является гипотетическая частица, называемая слабовзаимодействующей массивной частицей или WIMP, которая будет вести себя как нейтрон, за исключением того, что она будет в 10-100 раз тяжелее протона, как писал Линкольн. Тем не менее, это предположение привело лишь к большему количеству вопросов - например ...
Можем ли мы обнаружить темную материю?
Если темная материя состоит из вимпов, они должны быть вокруг нас, невидимые и едва обнаруживаемые. Так почему мы еще ничего не нашли? Хотя они не очень сильно взаимодействуют с обычной материей, всегда есть небольшая вероятность того, что частица темной материи может ударить обычную частицу, такую как протон или электрон, когда она путешествует в космосе. Итак, исследователи строили эксперимент за экспериментом, чтобы изучить огромное количество обычных частиц глубоко под землей, где они защищены от мешающего излучения, которое могло бы имитировать столкновение частиц темной материи. Эта проблема? После десятилетий поисков ни один из этих детекторов не сделал достоверных открытий. Ранее в этом году китайский эксперимент PandaX сообщил о последнем обнаружении WIMP. Кажется вероятным, что частицы темной материи намного меньше вимповhttps://cdn.mos.cms.futurecdn.net/ZK9t4EtnKHysXYz8phpr3R-650-80.jpg.webp
Состоит ли темная материя более чем из одной частицы?
Обычная материя состоит из обычных частиц, таких как протоны и электроны, а также из целого зоопарка более экзотических частиц, таких как нейтрино, мюоны и пионы. Итак, некоторые исследователи задались вопросом, может ли темная материя, которая составляет 85 процентов материи Вселенной, быть такой же сложной. «Нет никаких веских оснований предполагать, что вся темная материя во Вселенной построена из частиц одного типа», - сказал физик Андрей Кац из Гарвардского университета Space.com, дочернему сайту Live Science . По словам Каца, темные протоны могут объединяться с темными электронами, образуя темные атомы, создавая конфигурации, столь же разнообразные и интересные, как те, что встречаются в видимом мире. Хотя в физических лабораториях все чаще выдвигались подобные предложения, ученым до сих пор не удавалось найти способ подтвердить или опровергнуть их.Странные кварки и мюоны, о боже! Рассечение мельчайших частиц природы ]
Существуют ли темные силы?
Наряду с дополнительными частицами темной материи существует вероятность того, что темная материя испытывает силы, аналогичные тем, которые испытывает обычная материя. Некоторые исследователи искали «темные фотоны», которые были бы подобны фотонам, которыми обмениваются нормальные частицы, которые вызывают электромагнитную силу, за исключением того, что они будут ощущаться только частицами темной материи. Физики в Италии готовятся разбить пучок электронов и их античастиц, известных как позитроны, в алмаз, как ранее сообщала Live Science . Если темные фотоны действительно существуют, электрон-позитронные пары могли бы аннигилировать и произвести одну из странных частиц, несущих силу, потенциально открывая совершенно новый сектор Вселенной.
Может ли темная материя состоять из аксионов?
Рекламное объявление
По мере того как физики все больше разлюбляют вимпов, другие частицы темной материи начинают приобретать популярность. Одна из ведущих замен - гипотетическая частица, известная как аксион, которая была бы чрезвычайно легкой, возможно, всего в 10 раз в 31-й степени менее массивной, чем протон. Аксионы сейчас ищутся в нескольких экспериментах. Недавнее компьютерное моделирование повысило вероятность того, что эти аксионы могут образовывать звездообразные объекты, которые могут производить обнаруживаемое излучение, которое было бы очень похоже на таинственные явления, известные как быстрые радиовсплески, как ранее сообщала Live Science .
Каковы свойства темной материи?
Астрономы открыли темную материю благодаря ее гравитационному взаимодействию с обычной материей, предполагая, что это ее главный способ заявить о своем присутствии во Вселенной. Но пытаясь понять истинную природу темной материи, исследователи почти ничего не могут сделать. Согласно некоторым теориям, частицы темной материи должны быть собственными античастицами, что означает, что две частицы темной материи аннигилируют друг с другом при встрече. Эксперимент с альфа-магнитным спектрометром (AMS) на Международной космической станции ведет поиск явных признаков этой аннигиляции с 2011 года и уже обнаружил сотни тысяч событий. Ученые до сих пор не уверены, исходит ли это темная материя, и сигнал еще не помог им точно определить, что такое темная материя.
Существует ли темная материя в каждой галактике?
Рекламное объявление
Поскольку темная материя значительно превосходит обычную материю, темную материю часто называют управляющей силой, которая организует большие структуры, такие как галактики и скопления галактик. Поэтому было странно, когда ранее в этом году астрономы объявили, что они обнаружили галактику под названием NGC 1052-DF2, которая, казалось, вообще не содержит темной материи. «Темная материя, по-видимому, не является требованием для формирования галактики», - сказал в то время Space.com Питер ван Доккум из Йельского университета . Однако летом отдельная команда опубликовала анализ, предполагающий, что команда ван Доккума неверно измерила расстояние до галактики, а это означает, что ее видимая материя была намного тусклее и легче, чем первые результаты, и что большая часть ее массы была в темной материи, чем была ранее предлагалось.
Что случилось с результатами DAMA / LIBRA?
Давняя загадка в физике элементарных частиц - это загадочные результаты европейского эксперимента, известного как DAMA / LIBRA. Этот детектор, расположенный в подземной шахте под горой Гран-Сассо в Италии, искал периодические колебания в частицах темной материи. Это колебание должно возникать, когда Земля движется по своей орбите вокруг Солнца во время полета через галактический поток темной материи, окружающий нашу солнечную систему, который иногда называют ветром темной материи. С 1997 года DAMA / LIBRA утверждали, что видели именно этот сигнал , хотя ни один другой эксперимент не видел ничего подобного.
Может ли темная материя иметь электрический заряд?
Рекламное объявление
Сигнал с начала времен заставил некоторых физиков предположить, что темная материя может иметь электрический заряд. Излучение с длиной волны 21 сантиметр было испущено звездами в младенчестве Вселенной, всего через 180 миллионов лет после Большого взрыва. Затем он был поглощен холодным водородом, который находился примерно в то же время. Когда это излучение было обнаружено в феврале этого года, его сигнатура свидетельствовала о том, что водород был намного холоднее, чем предполагали ученые. Астрофизик Джулиан Муньос из Гарвардского университета предположил, что темная материя с электрическим зарядом могла отводить тепло от всепроникающего водорода, вроде кубиков льда, плавающих в лимонаде, как он тогда сказал Live Science . Но это предположение еще не подтверждено.
Могут ли обычные частицы распадаться на темную материю?
Нейтроны - это обычные частицы вещества с ограниченным временем жизни. Примерно через 14,5 минут одиночный нейтрон, отделенный от атома, распадется на протон, электрон и нейтрино. Но две разные экспериментальные установки дают немного разные времена жизни для этого распада, с расхождением между ними около 9 секунд, согласно экспериментам, процитированным в июльском исследовании в журнале Physical Review Letters.. Ранее в этом году физики предположили, что если в 1% случаев некоторые нейтроны распадаются на частицы темной материи, это может объяснить эту аномалию. Кристофер Моррис из Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико и его команда наблюдали за нейтронами в поисках сигнала, который мог быть темной материей, но не смогли ничего обнаружить. Они предположили, что, согласно исследованию, все еще возможны другие сценарии распада.
Существует ли на самом деле темная материя?
Учитывая трудности, с которыми столкнулись ученые, пытаясь обнаружить и объяснить темную материю, разумный спрашивающий может задаться вопросом, не ошибаются ли они. В течение многих лет громкое меньшинство физиков выдвигало идею о том, что, возможно, наши теории гравитации просто неверны и что фундаментальная сила действует в больших масштабах иначе, чем мы ожидаем. Эти предположения, часто известные как "модифицированная ньютоновская динамика" или модели MOND, утверждают, что не существует темной материи, а сверхбыстрые скорости, с которыми звезды и галактики вращаются друг вокруг друга, являются следствием удивительного поведения гравитации. «Темная материя - все еще неподтвержденная модель», - написал физик Дон Линкольн в объяснении для Live Science.. И все же недоброжелателям еще предстоит убедить более широкое поле своих идей. А последние свидетельства? Это также предполагает, что темная материя реальна .
