Подивіться на галактику, що ви бачите? Мабуть, багато зірок. Туманності теж. І це, мабуть, все. Ціла купа зірочок і газу в різноманітному різнокольоровому асортименті; радість для ока. І поховані серед цих зірок, якщо ви придивитеся досить уважно, ви можете знайти планети, чорні діри, білі карлики, астероїди та всілякі дрібниці. Звичайне галактичне середовище.
Те, що ви б не побачили, це те, що є більшою частиною цієї галактикисправдізроблений з. Ви б не побачили невидимого, прихованого. Ви б не побачили більшу частину цієї галактичної маси. Ви не побачите темну матерію.
Темні матерії найбільше
Темна матерія — це гіпотетична форма матерії, і в цій гіпотезі ви зараз плаваєте в ній. Наскільки ми можемо судити, грунтуючись на десятиліттях ретельних, прискіпливих спостережень за всім, від руху зірок всередині галактик до руху галактик всередині скупчень до ранніх моментів Великого вибуху до зростання структури у всьому Всесвіті (тобто , ми дуже наполегливо працювали над цим), наш космос — це не те, що здається на поверхні.
Основний результат: більшість сирого матеріалу в нашому Всесвіті просто не взаємодіє зі світлом. Його звичайна назва — «темна матерія», але може бути й кращоюневидимийматерія. Ми не зовсім впевнені, що це таке ( ми все ще працюємо над цією частиною ), але темна матерія здається якоюсь мікроскопічною частинкою, яка затоплює кожну галактику, наповнюючи їх додатковою масою. Оскільки ця темна матерія не взаємодіє зі світлом, вона не відчуває нічого спільного з електромагнітною силою, тобто вона просто проходить крізь звичайну матерію, не помічаючи й не піклуючись ні про що.
Вага нічого
Наскільки потужна ця темна матерія не може пояснювати глибокі та заплутані проблеми Всесвіту, у неї є деякі слабкі сторони. Особливо, коли астрофізики запустити комп’ютерне моделювання зростання галактик – відстежуючи їхнє формування та еволюцію протягом мільярдів років, використовуючи всю відому фізику, яка допомагає зробити галактику галактикою – вони виявляють, що темна матерія має тенденцію справді, дійсно злипатися до непристойно високої щільності в центрі цих галактик. .
Сам по собі це чудовий і модний прогноз, але він не зовсім збігається з спостереженнями. Хоча ми не можемо безпосередньо побачити темну матерію (запам’ятайте: невидиму), ми можемо побачити її вплив на все інше, включаючи звичайну матерію. Темна матерія, можливо, не грає в електромагнітну гру, але вона спілкується з гравітацією, тому що гравітація надзвичайно дружня і здатна спілкуватися з кожним шматочком маси та енергії у всьому Всесвіті.
Чумацький Шлях і його ореол темної матерії. Автор зображення: Sload Digital Sky Survey
Отже, якщо ви заповните галактику темною матерією, а темна матерія має тенденцію накопичуватися в центрі, тоді буде багатовагав центрі галактики, втягуючи навколишній газ. Коли цей газ стиснеться на ядро, він стиснеться і згорнеться, викликавши масивні події утворення зірок, вискочивши назовні нові зірки.
Іншими словами, ядра галактик повинні мати купи на молекулярних купах газу та зірок. І хоча галактичні центри справді дуже багаті місця, це не такщобагатий.
Висновок про те, що банальне передбачення поведінки темної матерії в ядрах галактик – це не повна історія. Оскільки у нас є так багато інших вагомих причин вважати, що темна матерія є річчю, виникає питання: що вибиває її з ядра?
Shaking Things Up
Дайте десяти завданням з теоретичної фізики, і вони знайдуть десяток рішень. А у випадку з «зазорами» ядер темної матерії їм вдалося знайти всілякі веселі пояснення. Можливо, темна матерія є більш екзотичною, ніж ми думали, здатною злегка взаємодіяти з собою через нову п’яту силу природи, згладжуючи себе в ядрі. Можливо, темна матерія лише трохи тепла та енергійна, і їй важко з’єднатися в центрі.
Якими б класними не були ці варіанти, можливо, пояснення є чимось більш приземленим. Темна матерія може впливати на поведінку нормальної матерії через гравітацію, і те ж саме вірно і навпаки. Незважаючи на те, що звичайна матерія нашого Всесвіту істотно менш громіздка, ніж їх темні аналоги, вона може тягнути, тягнути і розповсюджувати все інше, навіть якщо лише крихітну частину.
Галактичне ядро, що спостерігається за допомогою інфрачервоного і рентгенівського світла. Авторство: NASA, ESA, SSC, CXC і STScI
Нещодавно команда астрономів досліджували кілька популяцій карликових галактик , де зв’язок між темною і нормальною матерією можна було б найлегше дослідити. Вони використовували ці зразки для пошуку будь-яких зв’язків між утворенням зірок і центральною щільністю. У цьому сценарії, якщо в галактиці відбулося багато нещодавнього утворення зірок, викликаючи вибухові вітри наднових і інші спалахи темпераменту , тоді це виштовхне багато нормальної матерії з ядра, а гравітація зробить свою справу і потягне частину темної матерії разом із звичайною речовиною.
Дослідження виявило інтригуючий результат: карликові галактики з великою кількістю недавнього утворення зірок (“недавні” протягом останніх шести мільярдів років) мали більш плавну центральну щільність, тоді як їх менш активні брати і сестри були набагато сильніше в центрі, що підтверджує гіпотезу про те, що нормальна матерія дійсно може впливати на темну. Хоча це не повністю розгадує загадку природи темної матерії, це значний крок вперед.
Детальніше: « Темна матерія нагрівається в карликових галактиках '