Підпишіться на наукову розсилку Wonder Theory від CNN. Досліджуйте всесвіт із новинами про захоплюючі відкриття, наукові досягнення тощо.
CNN
—
Близько 50 років наукове співтовариство бореться з великою проблемою: у Всесвіті недостатньо видимої матерії.
Уся матерія, яку ми можемо бачити — зірки, планети, космічний пил і все між ними — не може пояснити, чому Всесвіт поводиться так, як він поводиться, і навколо нас має бути в п’ять разів більше матерії, щоб спостереження дослідників могли мати сенс. За даними NASA. Цю речовину вчені називають темною матерією, оскільки вона не взаємодіє зі світлом і невидима.
У 1970-х роках американські астрономи Віра Рубін і… Кент Форд виявив існування темної матерії, спостерігаючи за зірками, що обертаються навколо краю спіральних галактик. Вони відзначили, що ці зірки рухалися надто швидко, щоб їх утримувала видима матерія галактики та гравітація, і замість цього їх мало здути. Єдиним поясненням було те, що галактику скріплювала велика кількість невидимої матерії.
«Що ви бачите в спіральній галактиці» — сказав Робін У той час «це не те, що ви отримуєте». Її робота спиралася на гіпотезу, сформульовану швейцарським астрономом Фріцем Цвікі в 1930-х роках, і поклала початок пошукам невловимої матерії.
Відтоді вчені намагаються безпосередньо спостерігати за темною матерією і навіть будувати її Чудова техніка Виявити це, але поки що, нам не пощастило.
На початку дослідження відомий британський фізик Стівен Гокінг висунув гіпотезу про те, що темна матерія могла ховатися в чорних дірах — головному предметі його роботи — які утворилися під час Великого вибуху.
Архів Піттмана/Getty Images
Покійний фізик Стівен Хокінг висунув гіпотезу про те, що темна матерія могла ховатися в чорних дірах, утворених під час Великого вибуху.
Тепер нове дослідження, проведене дослідниками з Массачусетського технологічного інституту, повернуло цю теорію в центр уваги, виявивши, з чого складаються ці первісні чорні діри, і потенційно виявивши в процесі абсолютно новий тип екзотичної чорної діри.
«Це був справді приємний сюрприз», — сказав Девід Кайзер, один із авторів дослідження.
«Ми скористалися знаменитими розрахунками Стівена Хокінга щодо чорних дір, особливо його важливим результатом щодо випромінювання, яке випромінюють чорні діри», — сказав Кайзер. «Ці дивні чорні діри виникають у результаті спроби вирішити проблему темної матерії. Вони є побічним продуктом пояснення темної матерії».
Вчені зробили багато припущень про те, що таке темна матерія, починаючи від невідомих частинок і закінчуючи додатковими вимірами. Але теорія Хокінга про чорні діри набула чинності лише нещодавно.
«Люди не сприймали це всерйоз до, можливо, 10 років тому», — сказала співавтор дослідження Ельба Алонсо Монсалве, аспірант Массачусетського технологічного інституту. «Це тому, що колись чорні діри здавалися справді надуманими. На початку 1900-х років люди вважали, що вони лише веселий математичний факт, а не просто фізичний факт».
Тепер ми знаємо, що майже кожна галактика містить чорну діру в центрі, виявили дослідники Ейнштейна Гравітаційні хвилі Створений в результаті зіткнення чорних дір у 2015 році, знахідка знахідки, показала, що вони всюди.
«Насправді Всесвіт сповнений чорних дір», — сказав Алонсо Монсалве. «Але жодної частинки темної матерії не було знайдено, навіть якщо люди шукали її в усіх місцях, де вони очікували її знайти Але зараз «чорні діри серйозно сприймаються як кандидати на темну матерію».
останній Сучасні дослідження Гіпотеза Гокінга підтвердилася, але робота Алонсо Монсальві та Кайзера, професора фізики та професора історії науки в Інституті Гермсхаузена в Массачусетському технологічному інституті, йде ще далі та досліджує, що саме сталося, коли вперше з’явилися первісні чорні діри. формується. .
в Стедіопублікований 6 червня в журналі Physical Review Letters, показує, що ці чорні діри повинні були з’явитися в першу п’ятимільйонну частку секунди Великого вибуху: «Це дуже рано, набагато раніше моменту, коли з’явилися протони і нейтрони, Алонсо Монсалве сказав: «Утворилися молекули, з яких складається все».
Вона додала, що в нашому повсякденному світі ми не можемо знайти розпалися протони та нейтрони, які є елементарними частинками. Однак ми знаємо, що це не так, оскільки він складається з менших частинок, званих кварками, які утримуються разом іншими частинками, званими глюонами.
«Ви не можете знайти кварків і глюонів у Всесвіті зараз у вільному доступі, тому що він занадто холодний», — додав Алонсо Монсальві. «Але на початку Великого вибуху, коли було дуже жарко, їх можна було знайти поодиноких і вільних, тому первісні чорні діри утворилися шляхом поглинання вільних кварків і глюонів.
Така конфігурація радикально відрізнятиме його від астрофізичних чорних дір, які зазвичай спостерігають у Всесвіті вчені, які є результатом колапсу зірок. Первісна чорна діра також була б набагато меншою, лише маса астероїда, у середньому, конденсувалася до розміру одного атома. Але якщо достатня кількість цих первинних чорних дір не випарувалася на початку Великого вибуху і не дожила донині, вони могли бути відповідальними за всю або більшу частину темної матерії.
Згідно з дослідженням, у той час як первинні чорні діри формувалися, інший тип невидимої чорної діри мав утворитися як свого роду побічний продукт. Це було б менше, просто блок А єдинорігконденсований до розміру менше одного протона.
Ці крихітні чорні діри завдяки своєму малому розміру змогли вловити рідкісну та дивну властивість кварк-глюонного супу, в якому вони утворилися, яка називається «колірним зарядом». Це стан заряду, який обмежений кварками та глюонами, і ніколи не зустрічається у звичайних об’єктах, сказав Кайзер.
Цей кольоровий заряд зробив би її унікальною серед чорних дір, які зазвичай не мають жодного заряду. «Цілком неминуче, що ці менші чорні діри також утворилися б як побічний продукт (утворення первісних чорних дір), але вони б більше не існували сьогодні, тому що вони б уже випарувалися», — сказав Алонсо Монсалве.
Однак, якби до великого вибуху, коли утворилися протони та нейтрони, було ще близько десяти мільйонних часток секунди, це могло б залишити помітні відбитки пальців, змінивши баланс між двома типами частинок.
«Баланс між кількістю протонів і кількістю утворених нейтронів дуже делікатний і залежить від того, яка інша матерія була присутня у Всесвіті в той час», — додала вона може змінити баланс між протонами та нейтронами».
За словами Кайзера, вимірювання можуть здійснюватися за допомогою наземних телескопів або чутливих інструментів на орбітальних супутниках. Він додав, що може бути інший спосіб підтвердити існування цих дивних чорних дір.
«Утворення скупчення чорних дір є надзвичайно бурхливим процесом, який посилає величезні хвилі в навколишньому просторі-часі, але не до нуля», — сказав Кайзер гравітаційних детекторів могли поглянути». «Поблиск чорних дір малої маси — екзотичного стану матерії, який був несподіваним побічним продуктом більш звичайних чорних дір, що могло б пояснити сучасну темну матерію».
Що це означає для поточних експериментів з виявлення темної матерії, напр Експеримент з темною матерією LZ У Південній Дакоті?
«Ідея дивних нових частинок залишається цікавою гіпотезою», — сказав Кайзер. Існують інші типи великих експериментів, деякі з яких знаходяться на стадії розробки, у пошуках інноваційних способів виявлення гравітаційних хвиль. Вони насправді можуть вловити деякі блукаючі сигнали від надзвичайно бурхливого процесу формування первісних чорних дір.
Алонсо Монсальві додав, що також існує ймовірність того, що первісні чорні діри є лише невеликою частиною темної матерії. «Насправді це не повинно бути однаковим», — сказала вона. «Темної матерії в п’ять разів більше, ніж звичайної, а звичайна матерія складається з цілої групи різних частинок. То чому темна матерія має бути одним типом об’єкта?»
За словами Ніко Капеллотті, доцента кафедри фізики Університету Маямі, первісні чорні діри відновили популярність після відкриття гравітаційних хвиль, проте про їх утворення мало що відомо. У дослідженні участі не брав.
«Ця робота є цікавим і життєздатним варіантом для пояснення невловимої темної матерії», — сказав Капеллотті.
Дослідження є захоплюючим і пропонує новий механізм утворення першого покоління чорних дір, сказав Приямвада Натараджан, професор астрономії та фізики Єльського університету Джозефа С. і Софії С. Фрутон. Вона також не брала участі в дослідженні.
«Весь водень і гелій у нашому Всесвіті сьогодні були створені в перші три хвилини, і якби достатня кількість цих первісних чорних дір існувала навіть тоді, вони б вплинули на цей процес, і ці ефекти могли б бути виявлені», — сказав Натараджан. .
«Я вважаю справді захоплюючим той факт, що цю гіпотезу можна перевірити спостереженнями, окрім того факту, що це свідчить про те, що природа, ймовірно, створювала чорні діри з найдавніших часів кількома шляхами».
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
