Одна из самых глубоких загадок в физике, известная как постоянная Хаббла, может быть объяснена давно исчезнувшей формой темной материи.
Постоянная Хаббла, как ранее сообщалось в «Живой науке» , относится к растущему противоречию в физике: Вселенная расширяется, но разные измерения дают разные результаты именно для того, насколько быстро это происходит. Физики объясняют скорость расширения числом, известным как постоянная Хаббла (H0). H0 описывает своего рода двигатель, который разгоняет вещи на огромные расстояния по всей вселенной. Согласно закону Хаббла (откуда возникла константа), чем дальше от нас что-то, тем быстрее оно движется.
И есть два основных способа вычисления H0. Вы можете изучить звезды и галактики, которые мы можем видеть, и непосредственно измерить, насколько быстро они удаляются . Или вы можете изучить космический микроволновый фон (КМФ), послесвечение Большого взрыва, которое заполняет всю вселенную и кодирует ключевую информацию о ее расширении.
Однако когда инструменты для выполнения каждого из этих измерений стали более точными, стало ясно, что измерение КМФ и прямые измерения нашей локальной вселенной дают несовместимые ответы.
Исследователи предложили различные объяснения несоответствия, от проблем с самими измерениями до возможности того, что мы живем в "пузыре" низкой плотности в пределах большей вселенной. Теперь команда физиков предполагает, что вселенная, возможно, фундаментально изменилась между временем после Большого взрыва и сегодняшним днем.
Если бы древняя форма темной материи исчезла из существования, эта потеря изменила бы массу вселенной; и с меньшей массой было бы меньше гравитации, удерживающей вселенную вместе, что оказало бы влияние на скорость, с которой расширяется вселенная, что привело бы к противоречию между КМФ и прямыми измерениями скорости расширения вселенной.
Теплый компонент
Было время, десятилетия назад, когда физики подозревали, что темная материя может быть «горячей» - проносясь по вселенной со скоростью, близкой к скорости света, - сказал Дэн Хупер, глава группы теоретической астрофизики. Но к середине 1980-х годов они были убеждены, что этот невидимый материал, составляющий большую часть массы вселенной, вероятно, медленнее и «холоднее». Физики называют «Лямбда- КМФ », наиболее широко признанную модель вселенной, «холодной темной материей».
Тем не менее, Хупер сказал «Живой науке», что идея «теплой» темной материи - формы темной материи, которая падает где-то между горячей и холодной моделями - все еще получает некоторую тягу в мире физики. Некоторые физики предполагают, что темная материя состоит из «стерильных нейтрино», например теоретических призрачных частиц, которые едва взаимодействуют с веществом. Эта гипотетическая темная материя была бы намного теплее, чем допускают типичные модели Lambda- КМФ , но не горячая.
Эта утраченная масса темной материи представляла бы значительную часть всей массы вселенной, когда она существовала, что приводило к другой скорости расширения, когда КМФ формировался сразу после Большого взрыва. Теперь, миллиарды лет спустя, этого уже давно не будет. И все звезды и галактики, которые мы можем измерить, будут удаляться от нас со скоростями, определяемыми текущей массой вселенной.
«Когда вы измеряете локальную постоянную Хаббла, вы действительно измеряете эту вещь: вы измеряете, как быстро все движется друг от друга, вы измеряете, как быстро расширяется пространство», - сказал Хупер. Но перевод данных КМФ в скорость расширения требует использования модели, такой как Lambda- КМФ . «Так что, если вы получаете разные измерения от локальных измерений и измерения КМФ , возможно, эта модель неправильна».
Локальные измерения - измерения области пространства, достаточно близкой к Земле, чтобы астрономы могли точно измерить скорость и расстояние отдельных объектов - не требуют интерпретации космологических моделей, поэтому они обычно рассматриваются как более прямые и надежные.
Некоторые исследователи все еще предполагают, что могут быть проблемы с нашими измерениями локальной вселенной. Но большинство попыток разрешить напряженность Хаббла так или иначе связаны с настройкой Lambda- КМФ . Обычно они добавляют в модель что-то, что меняет то, как расширяется или развивается вселенная. .
Темное излучение
Первоначальное предложение Хупера своим сотрудникам на бумаге вообще не касалось тёплой темной материи. Вместо этого он представил себе вторую потерянную форму холодной темной материи. Но когда они начали проверять эту идею, он сказал, что они обнаружили, что эта очень холодная темная материя разрушает всю структуру вселенной.
Звезды и галактики сформировались так, что не соответствовали тому, что мы видим сегодня во вселенной. Они пришли к выводу, что распавшаяся, потерянная форма темной материи должна была быть теплой, если она подходила под наблюдения.
Что бы это ни было, оно, должно быть, превратилось во что-то еще более экзотическое и слабо взаимодействующее, когда распалось. Материя не может просто перестать существовать; оно должно превратиться во что-то другое. Если бы что-то еще распространялось по-разному через вселенную или по-другому взаимодействовало с другими частицами во вселенной, это изменило бы то, как расширялась вселенная.
«Таким образом, мы были бы окружены в ванне с этим темным излучением», сказал Хупер. «Мы уже окружены ванной нейтрино, так что это было бы немного больше такого рода вещи. Какая-то ванна, которая сегодня наполняет вселенную очень, очень инертными формами материи».
По словам Хупера, на данный момент у исследователей нет методов исследования такого скрытого излучения, поэтому идея остается спекулятивной.
Спасибо за внимание, подписывайтесь на канал, ставьте нравится, чтобы не пропустить новые статьи.
