От какво е направена тъмната материя? Това е един от най-сложните въпроси на съвременната астрономия. Знаем, че тъмната материя е там, тъй като можем да видим нейното очевидно гравитационно влияние върху всичко - от галактиките до еволюцията на цялата Вселена, но не знаем какво е, Най-доброто ни предположение е, че това е някаква странна нова частица, която не обича да говори с нормална материя много често (иначе щяхме да я видим досега). Една от възможностите е, че това е екзотичен хипотетичен вид частица, известна като аксион, и екип от астрономи използват не друго, освен черни дупки, за да се опитат да вникнат в този странен нов космически създател.
Програма на Осион
Ще бъда честен с вас, не знаем дали съществуват оси. Те са измислени, за да обяснят главоблъсканица във физиката на висока енергия. Има определен вид симетрия в природата, при който ако вземете произволно взаимодействие, включващо много субатомни частици и изключите електрическите заряди на всеки за противоположния знак, а също така стартирате процеса в огледалото, получавате точно същия резултат. Това е известно като симетрия на заряда и четността или CP-симетрия за кратко.
Тази симетрия има навсякъде в природата, с изключение на случаите, когато това не е така, както в случая със слабата ядрена сила, която е в състояние да наруши тази симетрия винаги, когато се почувства така.
Главата се състои в това, че от всички права силната ядрена сила трябва да наруши и това. В математиката има термини, които много очевидно нарушават CP-симетрията и въпреки това не виждаме признаци на симетрия да се разрушава със силната ядрена сила в нито един от нашите експерименти. Така че трябва да се продължи нещо, за да се възстанови тази симетрия, когато тя трябва да бъде нарушена.
Отговорът - или поне един потенциален отговор - е нов вид частици, наречени аксион. Асионът възстановява определен вид равновесие в силата (да, знам тук справка за Междузвездни войни), така че симетрията на СР е запазена и всеки може да върви в ежедневието си. Разбира се, експериментите досега не са разкрили пряко съществуването на аксиона и има редица възможни маси и свойства, които аксионът може да има.
В този диапазон от възможни допустими маси и свойства на аксиона се случва нещо забележително. Ако искаме да запълним Вселената с тъмна материя, тази тъмна материя трябва да има определени свойства. Той не може да взаимодейства с нормалната материя много често и дори не може да взаимодейства със себе си много често. Също така, трябва да има много от него и трябва да бъде много стабилен и дълголетен. Оказва се, че някои от обхвата на възможните свойства на аксиона позволяват тази хипотетична частица да бъде кандидат за тъмната материя.
Тъмните оси
Ако оставим аксионът да е тъмната материя, той обикновено може да обясни всички обичайни наблюдения на тъмната материя. Той може да обясни въртящите криви вътре в галактиките. Той може да обясни движенията на галактиките в галактическите клъстери. Тя може да бъде произведена в достатъчно изобилие в ранната Вселена, за да се поберат наблюденията на космическия микровълнов фон. И така нататък.
Нещо повече, аксионите в ядрата на галактиките могат да се сгънат достатъчно плътно, за да образуват една единствена масивна топка, която в началото би изглеждала много като супермасивна черна дупка. Той би бил малък, не би взаимодействал със светлина и би бил невероятно масивен. Докато скорошните наблюдения от телескопа „Хоризонт на събитията“ ни дадоха буквална картина на гигантска черна дупка в друга галактика, това не означава непременно да изключи, че тези аксионни ядра все още дебнат в дълбините на галактиките във Вселената. И именно с тези възможни асионни ядра можем да се справим с техните свойства.
Черните дупки са ключът
Освен телескопа Event Horizon, нямаме директни наблюдения на супермасивни черни дупки. Можем да видим само материала, който се вихри и кипи около тях. И от свойствата на този материал можем да преценим размера и масата на черните дупки. С тези техники през десетилетия открихме много странна връзка: по-масивните галактики са домакини на по-масивни черни дупки в техните центрове. Тази връзка всъщност е сравнително стегната и това ни говори, че черните дупки по някакъв начин съвместно се развиват с техните приемни галактики.
Но както казах, не можем да наблюдаваме черните дупки директно. Така че те изобщо не могат да бъдат черни дупки. Те може да са аксионни ядра, които се крият в центровете на тези галактики. Ако случаят е такъв, тогава не че черните дупки се развиват съвместно с техните хостващи галактики, а тези аксионни ядра съвместно се развиват с техните приемни галактики. Колкото по-голяма е галактиката, толкова повече тъмна материя на аксиона може да бъде домакин и толкова по-голямо ядро на аксиона в центъра.
Това означава, че можем да използваме връзката между централния тъмен обект (независимо дали е черна дупка или аксионно ядро) и самата галактика, за да ограничим свойствата на оси. Това работи, защото ако започнете да играете с масата на частиците на аксиона, това се отразява на това колко лесно можете да се сгънете, за да образувате ядро, което ще промени отношенията с хостващата галактика.
Екип от астрономи наскоро използва връзката между черните дупки и галактиките, за да направи точно това, и успя да постави някои горни граници на масата на частиците на аксиона, които ще помогнат да ръководят бъдещи експерименти и директни търсения. Аксионът отговорен ли е за тъмната материя във Вселената? Дано някой ден да хвърлим малко светлина върху ситуацията.
Прочетете още: „Аксионно ядро - ореолна маса и отношение на масата на черната дупка-ореол: ограничения за няколко скали на парсек“
