Temná hmota môže skrývať ešte temnejšie tajomstvo

Nie je možné zobraziť obraz žiadnym ďalekohľadom, nieto tomu úplne porozumieť, no temná hmota je všade.

Najhlbšie tajomstvá temnej hmoty súvisia s jej povahou a správaním. Prevládajúca myšlienka týkajúca sa temnej hmoty je teória studenej temnej hmoty (CDM), ktorá predpokladá, že temná hmota sa skladá z častíc s nízkou rýchlosťou, ktoré spolu neinteragujú. O tomto myslení sa diskutovalo a je pripravené na ďalšiu diskusiu. Tím výskumníkov z Kalifornskej univerzity v Riverside pod vedením astrofyzika Hai-Bo Yu prišiel s alternatívnym nápadom, ktorý vysvetľuje dva extrémy, v ktorých sa studenej tmavej hmote nedarí dobre.

Predpokladá sa, že galaxie a kopy galaxií sú obklopené halo tmavej hmoty. Na jednom konci spektra sú halo galaktické tmavej hmoty, ktoré sú príliš husté na to, aby boli konzistentné s CDM, a na druhom konci sú halo galaktické tmavej hmoty, ktoré sú príliš rozsiahle na to, aby ich CDM rozoznala. Namiesto toho Yu a jeho kolegovia navrhujú, že nejaká temná sila (prepáčte fanúšikom Star Wars – nie Vďaka tejto sile sa častice tmavej hmoty navzájom zrážajú. Toto je samointeragujúca temná hmota alebo SIDM.

Myšlienka interakcie neviditeľných častíc, ktoré sa buď navzájom tlačia preč a von v difúznom halo, alebo sa navzájom priťahujú bližšie a dovnútra v hustom hale, je pravdepodobne to, čo získame z temnej hmoty. Hľadal som. Ale najprv, prečo sa tmavá hmota považuje za extrémne chladnú?

stratený v tme

Temná hmota je „temná“, pretože jej interakcie s viditeľnou hmotou a elektromagnetickým žiarením sú buď slabé, alebo neexistujú. Žiadne svetlo ho nemôže osvetliť kvôli jeho neschopnosti výrazne interagovať s akoukoľvek formou elektromagnetického žiarenia. Aspoň podľa teórie studenej tmavej hmoty sa tmavá hmota nazýva „studená“, pretože sa predpokladá, že pomalé častice sa pohybujú oveľa pomalšie ako rýchlosť svetla.

CDM je stále štandardným modelom pre tmavú hmotu, pretože zodpovedá za formovanie a udržiavanie kozmických štruktúr, ako sú galaxie. Ak je temná hmota studená, môže sa spájať a spájať ľahšie ako pri priblížení cez vákuum vesmíru – čo by bol prípad, keby bola všetka temná hmota „horúca“ alebo by pozostávala zo svetelných častíc, ktoré sa pohybujú vysokou rýchlosťou. . Častice horúcej tmavej hmoty by boli príliš rýchle na vytvorenie dlhodobých štruktúr a sploštili by akúkoľvek existujúcu štruktúru. Horúca temná hmota spadá niekde medzi studenú a horúcu.

Nie je známe, koľko druhov tmavej hmoty skutočne existuje. Niektorí vedci trvajú na tom, že všetka temná hmota je studená, zatiaľ čo iní tvrdia, že existuje viac ako jeden typ.

Hoci CDM nehovorí, že táto neviditeľná hmota je úplne nehybná, umožňuje zrážku veľkého množstva častíc temnej hmoty. Tu prichádza na rad SIDM.

vrhnúť viac svetla

Zatiaľ čo teplá a horúca tmavá hmota bola mimo rozsahu ich štúdie, Yu a jeho tím testovali, či SIDM dokáže vysvetliť jeden aspekt studenej tmavej hmoty, ktorý v skutočnosti nefunguje: je extrémne hustá a extrémne difúzna.Temná hmota sa snaží vysvetliť Halo.

„V [diffuse scenario], interakcie transportujú teplo z vonkajších do vnútorných oblastí koróny, čím sa znižuje centrálna hustota; In [dense scenario]Smer tepelného toku je obrátený a vnútorné halo sa stáva hustejším ako jeho náprotivok CDM,“ povedal v a Štúdium Nedávno publikované v The Astrophysical Journal Letters.

ultradifúzne galaxie (UDG) sú trpasličie galaxie, ktoré sú obzvlášť slabé, pretože ich hviezdy sú rozptýlené ďaleko od seba. Hviezdotvorný plyn je tak tenký, že nedokáže vyprodukovať veľa nových hviezd. Halo tmavej hmoty ultradifúznej galaxie siaha oveľa ďalej ako v bežnej trpasličej galaxii, čo by nemalo byť v prípade bezkolíznych častíc navrhnutých CDM – častice, ktoré neinteragujú, budú bližšie k sebe a budú mať menší dosah. hustá svätožiara s. SIDM umožňuje časticiam zrážať sa a prenášať teplo a výsledná expanzia tmavej hmoty môže vysvetliť, prečo sú tieto halo tak difúzne.

Druhý scenár sa týka halo tmavej hmoty, ktoré sú také husté, že majú vplyv na gravitačnú šošovku. Tieto husté halo obsahujú dostatok tmavej hmoty na ohýbanie časopriestoru, takže svetlo prechádzajúce touto oblasťou vesmíru sa tiež ohýba. V dôsledku týchto porúch je objekt za šošovkovou galaxiou zväčšený, aj keď často trochu skresleným spôsobom. SIDM tiež podporujú koncentrácie tmavej hmoty dostatočne vysoké na to, aby ovplyvnili gravitačnú šošovku, pretože kolidujúce častice musia byť schopné pohybovať sa dovnútra, rovnako ako sa pohybujú von. Častice, ktoré sa navzájom zrážajú, zvyšujú hustotu halo a mnohé z nich môžu vytvoriť obrovskú kvapku tmavej hmoty, ktorá vytvára gravitačnú šošovku.

V mnohých ohľadoch sme stále v temnote o temnej hmote. Kým nebude existovať spôsob, ako to priamo zistiť, budeme sa musieť spoliehať na teoretickú prácu, aby sme zistili, či myšlienky podobné SIDM môžu byť na niečom. Možno jedného dňa budeme mať metódu priamej detekcie, ktorá konečne odhalí tajomstvá temnej hmoty.

Astrophysical Journal Letters2023. doi: 10.3847/2041-8213/ad0e09