Черная материя — «инопланетяне» для астрофизиков?

    При всем нашем осознании законов физики и успехах Обычной фотомодели и общей теории относительности, во Вселенной существуют ряд наблюдаемых явлений, кои не выходит растолковать. Вселенная полна тайн, начиная от звездообразования и заканчивая высокоэнергетическими галлактическими лучами. Хотя мы мал-помалу открываем себе космос, мы до сего времени и не знаем всего. К примеру, мы знаем, что черная материя бытует, однако и не знаем, каковы ее характеристики. Означает ли это же, что мы обязаны приписывать проявлениям черной материи все неведомые спецэффекты?

    Тайн на тематику черной материи столько же, сколько и доказательств ее существования. Однако винить черную материю во любых таинственных проявлениях космоса не совсем только близоруко, да и некорректно. Эдак бывает, когда у ученых иссякают хорошенькие идеи.

    Две колоритные заглавные галактики посередине накопления Кома, любая все больше миллиона световых лет в объемах. Галактики на окраинах указывают на существование немалого нимба черной материи по всему накоплению.

    Черная материя имеется во Вселенной всюду. В первый раз к ней обратились в 1930-х годах, дабы растолковать скорое движение отдельных галактик в галактических накоплениях. Вышло это же поэтому, что всей стандартной материи — вещества, состоящего из протонов, нейтронов и электронов, — недостаточно, дабы растолковать полное количество гравитации. Сюда входят суперзвезды, планетки, газ, пыль, межзвездная и межгалактическая плазма, темные прорехи и все другое, что мы можем измерить. Полосы доказательств, поддерживающих черную материю, многочисленны и убедительны, как только помечает физик Итан Зигель.

    Черная материя нужна для разъяснения:

    • вращательных качеств отдельных галактик,
    • формирования галактик различных объемов, от циклопических эллиптических перед началом галактик размером с Млечный Путь и крохотных миниатюрных галактик рядом с нами,
    • взаимодействия меж парами галактик,
    • качеств накоплений галактик и галактических накоплений на большенных масштабах,
    • галлактической паутине, включая ее нитевидную структуру,
    • диапазон флуктуаций галлактического микроволнового фона,
    • наблюдаемые спецэффекты гравитационного линзирования дальних масс,
    • наблюдаемое зонирование меж спецэффектами гравитации и присутствием стандартной материи в столкновениях галактических накоплений.

    И в маленьких масштабах отдельных галактик, и в масштабах всей Вселенной черная материя нужна.

    Ежели поместить все это же в контекст прочий космологии, мы считаем, что любая галактика, включая нашу свою, содержит мощное диффузное гало черной материи, окружающее ее. В отличие от кинозвезд, газа и пыли в нашей галактике, кои присутствуют по наибольшей части в диске, гало черной материи обязано быть сферическим, так как в отличие от стандартной (на базе атомов) материи, черная материя и не «сплющивается», когда вы сжимаете ее. А также черная материя обязана быть плотнее у галактического центра и простираться в десять раз далее, чем суперзвезды самой галактики. В конце концов, обязаны быть маленькие комки черной материи в каждом гало.

    Дабы воспроизвести комплексный комплект наблюдений, вышеперечисленных, также альтернативные, черная материя и не обязана владеть никоим качествами, за исключением последующих: она обязана иметь толпу; она обязана вести взаимодействие гравитационно; она обязана медлительно двигаться относительности скорости света; она и не обязана очень вести взаимодействие средством остальных сил. Всё. Любые альтернативные взаимодействия очень ограничиваются, однако и не исключаются.

    Посему же каждый раз, когда выполняется астрофизическое наблюдение с излишком стандартной крупицы конкретного типа — фотонов, позитронов, антипротонов — люди сперва рассказывают об черной материи?

    Сначала данной недельки команда ученых, исследующая родники гамма-излучения вокруг пульсаров, опубликовала свои результаты в Science. В собственной работе они постарались предпочтительнее осознать, откуда взялся наблюдаемый нами излишек позитронов. Позитроны, антиподы электронов, привычно появляются несколькими путями: при разгоне обыкновенных частиц перед началом довольно больших энергий, при столкновении с иными частичками вещества и с созданием электрон-позитронных пар по формуле Эйнштейна E = mc2. Мы создаем этакие нескольких в процессе физических тестов и можем следить производство позитрона астрофизически, как только впрямую, при поисках галлактических лучей, эдак и косвенно, при поиске энергетической сигнатуры электрон-позитронной аннигиляции.

    Эти астрофизические позитронные сигнатуры встречаются поблизости галактического центра, направленные на точечные родники, этакие как только микроквазары и пульсары, расположенные в таинственном регионе нашей галактике, узнаваемом как только Величавый Аннигилятор, и в части диффузного фона, происхождение коего непонятно. Одно понятно наверное: мы лицезреем все больше позитронов, чем ожидаем узреть. И о этом понятно издавна. PAMELA это же измерила, «Ферми» это же измерил, AMS на борту МКС это же измерил. Вконец не так давно обсерватория HAWC измерила очень высокоэнергетические, ТэВ-уровня гамма-лучи и продемонстрировала, что это же очень разогнанные крупицы, поступающие от пульсаров посредственного уровня. Однако, к огорчению, сего недостаточно, дабы растолковать наблюдаемый избыток позитронов.

    По некий причине с каждым измерением избытка позитронов, с каждым наблюдением астрофизического родника, который его и не поясняет, нарратив перетекает в «мы и не можем его растолковать, потому виновна черная материя». И это же никудышно, так как существуют не мало потенциальных астрофизических источников, и не требующих ничего экзотичного, к примеру:

    • вторичное создание позитронов и гамма-лучей иными частичками,
    • микроквазары либо что-то гораздо, кормящее темные прорехи,
    • максимально молодые либо максимально старенькые пульсары, магнетары,
    • прах сверхновых.

    Этот перечень и не бесповоротный, однако представляющий несколько примеров тамошнего, что могло бы производить этот избыток.

    Почти все работающие в данной области проделывают выбор в пользу черной материи, так как будет прорывом, ежели черная материя уничтожает и осуществляет гамма-лучи и крупицы стандартной материи. Это же был бы сценарий мечты для астрофизиков-охотников за черной материей. Однако принятие хотимого за действительное ни разу и не приводило к большим открытиям. И хотя черная материя в большинстве случаев представляется разъяснением избытка позитронов, это же менее возможно, чем инопланетяне, объясняющие кинозвезду Табби.

    Обратившись за объяснениями к Бренде Дингус, основному исследователю HAWC, Итан Зигель получил последующий комментарий:

    «Несомненно, существуют и альтернативные родники позитронов. Однако позитроны и не уходят далековато от собственных источников, и вблизи и не так не мало источников. Два топовых кандидата были обнаружены HAWC, и сейчас мы знаем количество позитронов, кои они создают. Мы а также знаем, как только эти позитроны диффундируют от собственных источников; медлительнее, чем ожидалось. Хотя мы подтвердили родники позитронов вблизи, мы открыли, что позитроны максимально медлительно уходят от пространства собственного происхождения, а уж означает и не производят избыток позитронов на Планете земля. Исключая одну вероятность, мы делаем альтернативные способности наиболее возможными. Вобщем, это же и не означает, что позитроны Обязаны истекать из черной материи. Мы и не подразумеваем это».

    Очень замечательно, что позитроны в заданных HAWC разъясняют лишь 1% позитронов, наблюдаемых в остальных опытах, указывая на что-то гораздо в качестве виновника торжества. Когда выполняется наблюдение, расходящееся с нашими классическими мыслями, как только с избытком астрофизических позитронов, и не стоит ли исключать, что в деле возможно замешана черная материя. Однако намного наиболее возможно, что альтернативные астрофизические процессы разъясняют эти спецэффекты. Когда в науке возникает загадка, все намерены революции, однако в большинстве случаев приобретают нечто неиндивидуальное.