Екзотични теории за тъмната материя. Ако сте фен на всички най-страхотни неща във Вселената, то тази статия е за вас.
Повечето от съдържанието на нашата Вселена са във форма, непозната на физиката. Това е просто суров факт, с който всички ние ще трябва да свикнем. Ако сте изкушени да мислите, че това е просто някакъв видкосмологичната проблем, проблем, който възниква само в най-големите мащаби, добре че тогава имам лоши новини за вас. Един от тези мистериозни компоненти за Космоса е - доколкото можем да кажем - форма на материята.
Но не само всяка форма на материя, иначе щяхме да я видим досега. Не, ние мислим, че е един видтъмен значение; материя, която просто не взаимодейства със светлината. Без емисии. Без абсорбция. Без разсейване. Нищо. И фактът, че съществува тъмна материя, не трябва да бъдече изненадващо, нали? В крайна сметка кой диктуваше, че всичко във Вселенататрябва да взаимодействате ли със светлината?
Никой не го направи, и така сме тук. Ако погледнете произволна галактика, запалените неща - звезди, мъглявини и др. - представляват само малка част от общото количество маса в тази галактика. Точното съотношение между "нормалната" материя и тъмните неща зависи от много фактори, като историята на формирането на галактиката. Но като цяло, колкото по-малка е галактиката, толкова повече тя е доминирана от тъмната материя.
Най-малките галактики, известни като джудже галактики, биха могли да осигурят удобна лаборатория за изследване на тъмната материя. В тези галактики тъмната материя е свободна да прави това, което прави тъмната материя, без нито една от тази досадна, взаимодействаща със светлина материя, която наистина да усложнява нещата. Ако тъмната материя направи нещо странно (добре, по-странно от просто съществуващото), като взаимодейства със себе си чрез слабата ядрена сила или се състои от множество видове екзотични частици, тогава всички ефекти ще станат по-изразени в галактика джудже, отколкото нещо като Млечният път.
Всичко това е чудесно и хубаво, с изключение на малкото предупреждение, че докато цялата тази интересна физика се случва под капака, за нас е трудно да я видим. Защото е тъмно
Едно от многото неща, които не разбираме от тъмната материя, е как тя се държи в ядрата на галактиките. Простите симулации на еволюцията на галактиката предсказват нещо, наречено „връх“ - твърда гайка с невероятно висока плътност, седнала в иначе кремовия център на галактика. Но наблюденията не позволяват това: трябва да има много звезди след гравитационното влияние на цялата тази тъмна материя. И там сигурно има много звезди в центъра на една галактика, но нече мнозина.
Нещо трябва да изглади централната тъмна материя. Може да са екзотични взаимодействия в самата тъмна материя. Може да са по-светски причини като свръхновите ветрове, които взривяват газта. Може да бъде и двете, или и двете.
Астрономите са много, много заинтересовани от сърцевините на галактиките и особено от джуджетата, защото там те могат потенциално да научат много за тъмната материя. И въпреки тяхната усложнена, разхвърляна физика, ние все още се нуждаем от звезди и газ, за да наблюдаваме, изследваме и изучаваме галактиките джудже, надявайки се, че можем да проследим поведението на основната тъмна материя. Но джуджетата галактики са далеч, мъгливи и малки - и техните ядра още повече.
Как е възможно да надникнем вътре в тях?
За щастие, галактиките имат повече от звездни граждани. Те също имат черни дупки. Гигантски свръхмасивни в ядрата си и милиони по-малки плаващи вътре в тях. И фактът, че гигантските черни дупки са склонни да се събират в сърцевините на техните домакини, може да бъде полезен. Затова може би - работи с мен тук - ако успеем по някакъв начин да изучим поведението на черните дупки във вътрешността на джуджета галактики, може би ще добием някои улики за природата на тъмната материя.
Но черните дупки също са черни и трудно се виждат. И малко. И далеч. За щастие не е нужно да виждаме черни дупки - можем да ги чуем.
Когато черните дупки се сблъскат, те разтърсват и изкривяват тъканта на космическото време толкова много, че причиняват вълни, като вълнички, разпространяващи се от тежък камък, паднал във водата. Тези гравитационни вълни се разпространяват в пространството със скоростта на светлината, все така леко се разтягат и притискат всяка намеса, докато се мият. Всъщност, докато четете това тяло, те се тегли и притиска като парче замазка от безбройните гравитационни вълни, минаващи през Земята.
Тези вълни на гравитацията са безумно трудни за откриване, поради което първите хора, които ги измерват, получиха някои Нобелови награди за десетилетия си усилия да използват смущаващи лъчи светлина за улавяне на финия сигнал.
Но нашите три обсерватории за гравитационна вълна на повърхността на Земята не могат да ни помогнат с нашия проблем с черната дупка-вътре-джудже-галактика-за изучаване на тъмна материя. Тези черни дупки - известни каточерни дупки с междинна маса - са твърде малки, за да направят разпознаваем сигнал тук, в Млечния път, когато се слеят.
Но обсерваторията на гравитационната вълна в космоса би могла. Предлаганата мисия LISA (която означава, както може би се досещате, космическа антена за лазерен интерферометър) може да има подходящата чувствителност, за да види сигнала за сливане на средни по размер черни дупки, точно като тези, открити в сърцата на галактиките джуджета.
И според нова книга, приета наскоро от Астрофизическото списание Letters, водена от Томаш Томфал от Университета в Цюрих, различните модели на тъмната материя (и евентуалните й взаимодействия с нормалната светлолюбива материя) могат да повлияят колко често и колко бързо черните дупки в галактиките джуджета се сливат, което е нещо, което LISA може да отдели.
Това е заобиколен път към разбирането на тъмната материя, но в проблем, толкова неприятен като този, той е обещаващ.
Прочетете още: „Формиране на бинариите от черна дупка LISA в сливащи се джудже галактики: отпечатъкът на тъмната материя“
