banner
Апр 29, 2020
63 Просмотров

Затерянный тип темной материи может разрешить самое большое разногласие в физике

A map of the sky shows the Cosmic Microwave Background (CMB), a remnant of the period of the early universe when this lost dark matter might have existed.

На карте неба показан Космический микроволновый фон (CMB), остаток периода ранней вселенной, когда эта потерянная темная материя возможно, существовал.

Один из глубочайшие загадки в физике, известные как напряжение Хаббла, могут быть объяснены давно исчезнувшей формой темной материи.

Напряжение Хаббла, как ранее сообщала «Живая наука», 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 (CMB), послесвечение Большого взрыва, которое заполняет всю вселенную и кодирует ключевую информацию о ее расширении.

Связанные с: 11 Крупнейшие вопросы без ответа о Dark Matter

Однако инструменты для выполнения каждого из этих измерений стали более точными стало ясно, что измерение CMB 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 внутри 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 CMB 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, руководитель группы теоретической астрофизики в Национальной ускорительной лаборатории им. Ферми в Батавии, штат Иллинойс, и соавтор новой статьи. Но к середине – 1980 они были убеждены, что этот невидимый материал, который делает Большая часть массы вселенной, вероятно, медленнее и «холоднее». Физики называют «Лямбда-МЧР» по большей части общепринятой моделью вселенной для «холодной темной материи».

Тем не менее, Хупер сказал Live Science, 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 будет намного теплее, чем позволяют обычные модели Lambda-CDM, но не горячая.

” Другая возможность состоит в том, что большая часть темной материи холодная, но, возможно, некоторая часть теплая. И в нашей газете, то, что тепло, даже не то, что есть сегодня. Это то, что было создано в ранней вселенной и после тысяч или десятки тысяч лет он начал разлагаться. Все уже прошло », – сказал Хупер.

Связанные с: 11 захватывающие факты о нашей галактике Млечный Путь

Эта утраченная масса темной материи представляла бы значительную часть всей массы вселенной, когда она существовала, приводя к другой скорости расширения, когда CMB 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 CMB в скорость расширения требует использования модели, такой как Lambda-CDM. «Так что, если вы получаете разные измерения от локальных измерений и измерения CMB, возможно, эта модель неправильная».

Локальные измерения – измерения области пространства, достаточно близкой к Земле, чтобы астрономы могли точно измерить скорость и расстояние отдельных объектов – не требуют космологических моделей для интерпретации, 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-CDM. Обычно они добавляют в модель что-то, что меняет то, как расширяется или развивается вселенная. Эта газета, сказал Хупер, является еще одним шагом на этом пути.

«Я не собираюсь давать создается впечатление, что все это прекрасно », – сказал он. «Это не идеальное соответствие между данными любым способом. Но это делает напряжение менее сильным – я не знаю никакого решения, кроме« измерений неправильных », которое уменьшает напряжение [as much as you’d need to fully solve the problem]».

Темное излучение

Первоначальное предложение Хупера своим сотрудникам на бумаге вообще не касалось тёплой темной материи, сказал он. 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 разложившаяся утраченная форма темной материи должна быть теплой, если она будет соответствовать наблюдениям.

Новая статья не определяет, из каких частиц может состоять утраченная темная материя, но настоятельно рекомендует, чтобы теплая темная материя могла состоять из стерильных нейтрино – частиц, которые, как полагают и другие физики, вероятно, существуют.

«Это определенно то, что для работы нужно наименьшее количество зубных фей», – сказал Хупер. «Но существуют и другие возможности».

Что бы это ни было, оно должно было превратиться во что-то еще более экзотическое и слабо взаимодействующий, когда это 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.

«Значит, нас окружит ванна этого темного излучения», – 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».

На данный момент у исследователей нет методов исследования этого вида скрытого излучения, сказал Хупер, поэтому идея остается спекулятивный. Статья была опубликована в базе данных arXiv за апрель 13.

  • Самые большие нерешенные загадки в физике
  • 11 самые большие оставшиеся без ответа вопросы о темной материи
  • 15 самые странные галактики в нашей вселенной

Первоначально опубликовано Живая наука .

ПРЕДЛОЖЕНИЕ: Сохранить 45% «Как это работает», «Все о космосе» и «Все о Н» istory '!

В течение ограниченного времени вы можете оформить цифровую подписку на любой из наших самых продаваемых научных журналов всего за 2 доллара США. 38 в месяц или 45% от стандартной цены на первые три месяца. Просмотр сделки

Article Categories:
Интересно
banner

Добавить комментарий

101