Фізики вважають, що більша частина матерії у Всесвіті складається з невидимої матерії, про яку ми знаємо лише через її непрямий вплив на зірки та галактики, які ми можемо бачити.
Ми не божевільні! Без цієї «темної матерії» Всесвіт, яким ми його бачимо, не мав би сенсу.
Але природа темної матерії — давня загадка. але, Нове дослідження Написано Альфредом Амротом з Університету Гонконгу та його колегами, опубліковано в природна астрономіявикористовує гравітаційне викривлення світла, щоб наблизити нас на крок до розуміння.
Невидимий, але всюдисущий
Причина, чому ми думаємо, що темна матерія існує, полягає в тому, що ми можемо бачити її гравітаційний вплив на поведінку галактик. Зокрема, темна матерія, здається, становить близько 85% маси Всесвіту, і більшість далеких галактик, які ми можемо бачити, здається, оточені ореолом таємничої матерії.
Але її називають темною матерією, тому що вона не випромінює, не поглинає і не відбиває світло, через що її дуже важко виявити.
Отже, що це за речі? Ми думаємо, що це має бути якась невідома фундаментальна частинка, але ми ще не впевнені. Усі спроби виявити частинки темної матерії в лабораторних експериментах поки що провалилися, і фізики десятиліттями обговорюють їх природу.
Вчені запропонували двох основних гіпотетичних кандидатів на роль темної матерії: відносно важкі частинки, які називаються слабко взаємодіючими масивними частинками (або WIMP), і надзвичайно легкі частинки, які називаються аксіонами. Теоретично WIMP поводяться як дискретні частинки, тоді як аксіони поводяться як хвилі через квантову інтерференцію.
Було важко відрізнити ці дві можливості, але невеликий обхід навколо далеких галактик дав підказку.
Гравітаційне лінзування та кільця Ейнштейна
Коли світло проходить крізь Всесвіт через масивний об’єкт, наприклад галактику, його шлях викривляється, тому що, згідно із загальною теорією відносності Альберта Ейнштейна, гравітація масивного об’єкта спотворює простір і час навколо нього.
У результаті іноді, дивлячись на віддалену галактику, ми можемо побачити спотворені зображення інших галактик позаду неї. І якщо все вийде ідеально, світло від фонової галактики буде кружляти навколо найближчої галактики.
Це спотворення світла називається «гравітаційним лінзуванням», а кола, які воно може створити, називаються «петлями Ейнштейна».
Вивчаючи, як спотворюються кільця або інші лінзоподібні зображення, астрономи можуть дізнатися про властивості гало темної матерії, що оточує найближчу галактику.
Axions проти WIMP
І це саме те, що Амрот і його команда зробили в своєму новому дослідженні. Вони розглянули кілька систем, де кілька копій одного і того ж об’єкта було видно на задньому плані навколо лінзованої галактики на передньому плані, з особливим акцентом на системі під назвою HS 0810+2554.
Використовуючи детальне моделювання, вони визначили, як спотворюватимуться зображення, якщо темна матерія складається з WIMP, і як це буде, якби темна матерія складатиметься з аксіонів. Модель WIMP була не дуже схожа на справжню, але модель axion точно відтворювала всі функції системи.
Це відкриття вказує на те, що аксіони є більш ймовірним кандидатом на роль темної матерії, і їх здатність пояснювати аномалії лінзування та інші астрофізичні спостереження дратує вчених.
частинок і галактик
Нове дослідження спирається на попередні дослідження, які також показали, що аксіони є найбільш імовірною формою темної матерії. Наприклад, одне дослідження досліджував вплив аксіонної темної матерії на космічний мікрохвильовий фон останній Вивчення поведінки темної матерії в карликових галактиках.
Хоча це дослідження не завершить наукову дискусію про природу темної матерії, воно відкриває нові шляхи для тестування та експериментів. Наприклад, майбутні спостереження гравітаційних лінз можуть бути використані для дослідження хвилеподібної природи аксонів і, можливо, вимірювання їх маси.
Краще розуміння темної матерії матиме наслідки для того, що ми знаємо про фізику елементарних частинок і ранній Всесвіт. Це також може допомогти нам краще зрозуміти, як галактики формуються та змінюються з часом.
більше інформації:
Альфред Амрот та ін., Петлі Ейнштейна, модульовані хвилеподібною темною матерією через аберації на зображеннях гравітаційних лінз, природна астрономія (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-01943-9
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
