Tamsi materija ir tamsi energija visatoje. 5. Tamsi materija

Tamsi materija ir tamsi energija visatoje

Valerijus Анатольевич Рубаков,
Branduolinių tyrimų institutas, Rusijos mokslų akademija, Maskva, Rusija

Paskaitos pristatymas (pdf, 2 Mb)

Atsisiųsti vaizdo įrašą (avi): 1 dalis (180 MB), 2 dalis (210 MB), 3 dalis (250 MB)

  • 1. Įvadas
  • 2. Visatos plėtimas
  • 3. Visata praeityje
  • 4. Energijos balansas šiuolaikinėje visatoje
  • 5. Tamsi materija
  • 6. Tamsi energija
  • 7. Išvada

5. Tamsi materija

Tamsioji medžiaga yra panaši į įprastą dalyką, ta prasme, kad ji sugeba kauptis į krešulius (apie galaktikos dydį, tarkim, galaktiką ar galaktikų grupę) ir dalyvauja gravitacinėse sąveikose taip pat, kaip įprasta tema. Labiausiai tikėtina, kad jis susideda iš naujų dalelių, kurios nėra atviros žemės sąlygomis.

Pav. 6 Gravitacinis lęšis

Be kosmologinių duomenų, gravitacinio lauko matavimai galaktikų ir galaktikų klasteriuose palanki tamsiosios medžiagos egzistavimui. Yra keletas būdų, kaip išmatuoti gravitacinį lauką galaktikų grupelėse, iš kurių vienas yra gravitacinis lęšis, iliustruotas ryžiai 6.

Klasterio gravitacinis laukas lenkia šviesos spindulius, kuriuos skleidžia galaktika už klasterio, t. Y. Gravitacinis laukas veikia kaip objektyvas.Tačiau kartais yra keletas šios atokios galaktikos vaizdų; kairėje pusėje fig. 6 jie yra mėlyni. Šviesos kreivė priklauso nuo masės pasiskirstymo klasteryje, nepriklausomai nuo to, kokios dalelės sukuria šią masę. Tokiu būdu susigrąžintas masės pasiskirstymas parodytas dešinėje pusėje Fig. 6 mėlynos spalvos; galima pastebėti, kad jis labai skiriasi nuo šviesos medžiagos pasiskirstymo. Tokiu būdu išmatuotos galaktikų grupių masės yra suderintos su tuo, kad tamsioji medžiaga investuoja apie 25% viso energijos tankio visatoje. Prisiminkite, kad tas pats skaičius gaunamas lyginant struktūrų (galaktikų, grupių) formavimo teoriją su stebėjimais.

Pav. 7

Tamsi materija egzistuoja galaktikuose. Tai vėl daroma iš matavimų gravitaciniame lauke, dabar galaktikuose ir jų aplinkoje. Kuo stipresnis gravitacinis laukas, tuo greičiau žvaigždės ir dujų debesys sukasi aplink galaktiką, todėl sukimosi greičių matavimai, atsižvelgiant į atstumą iki galaktikos centro, leidžia atkurti masės pasiskirstymą. Tai iliustruojama ryžiai 7: atstumu nuo galaktikos centro cirkuliacijos greitis nesumažėja,o tai rodo, kad galaktikoje, įskaitant toli nuo jo spinduliuojančios dalies, yra ne šviesos, tamsios materijos. Mūsų galaktika, netoli Saulės, tamsiosios medžiagos masė yra maždaug lygi įprastos materijos masiui.

Kas yra tamsiosios medžiagos dalelės? Akivaizdu, kad šios dalelės neturėtų suskaidyti į kitas, lengvesnes daleles, kitaip jie būtų išnykę Visatos gyvenime. Šis faktas pats savaime rodo, kad gamtos veikloje naujasdar neatkurta apsaugos įstatymasdraudžianti šias daleles išskaidyti. Čia yra analogija su elektrinio krūvio išsaugojimo įstatymu: elektronas yra lengviausia dalelė su elektriniu krūviu, todėl ji neskaido į lengvesnes daleles (pavyzdžiui, neutrinus ir fotonus). Be to, tamsiosios medžiagos dalelės labai silpnai sąveikauja su mūsų medžiaga, kitaip jie jau būtų aptikti sausumos eksperimentuose. Tada prasideda hipotezių sritis. Labiausiai tikėtinas (bet toli gražu ne vienintelis!) Ar hipotezė, kad tamsiosios medžiagos dalelės yra 100-1000 kartų sunkesnės už protoną, o jų sąveika su įprastine medžiaga yra tokia pat intensyvi, kaip ir neutrinų sąveika.Būtent šios hipotezės požiūriu šiuolaikinis tamsiosios medžiagos tankis nustato paprastą paaiškinimą: tamsiosios medžiagos dalelės intensyviai gimė ir išnyko labai ankstyvoje Visatoje labai aukšta temperatūra (apie 1015 laipsnių), o dalis jų gyveno iki šios dienos. Su nurodytais šių dalelių parametrais jų modernus kiekis visatoje gaunamas tik taip, kaip turėtų būti.

Ar galime tikėtis, kad artimiausioje ateityje tamsiosios medžiagos dalelės atsiras sausumos sąlygomis? Kadangi šiandien mes nežinome šių dalelių pobūdžio, visiškai neįmanoma atsakyti į šį klausimą nedviprasmiškai. Tačiau perspektyva atrodo labai optimistiška.

Yra keletas būdų, kaip ieškoti tamsiosios medžiagos dalelių. Vienas iš jų yra susijęs su eksperimentais dėl būsimų didelės energijos pagreičių – koladėjų. Jei tamsiosios medžiagos dalelės yra iš tikrųjų sunkesnė nei protonų 100-1000 kartų, jie bus gaminami susidūrimų paprastų dalelių, paspartėjo iki aukštos energijos colliders į (energijos pasiekto esamų colliders, nėra pakankamai už tai). Neatidėliotinas perspektyvos čia yra susijusios su Didžiojo Hadrono kolektoriaus (LHC), kuriamas CERN tarptautiniame centre prie Ženevos, kuriame bus gauti 7×7 "Teraelectronvolts" atsparios spinduliuotės pluoštai.Turi būti pasakyta, kad pagal šiandien populiarias hipotezes tamsiosios medžiagos dalelės yra tik vienas naujos elementariosios dalelių šeimos atstovas, taigi kartu su tamsiosios medžiagos dalelių atradimu galima tikėtis, kad atsiras visa klasė naujų dalelių ir naujų sąveikų greitintuvuose. Kosmologija rodo, kad elementariųjų dalelių pasaulis toli gražu nėra išnaudojamas šiandien žinomų "plytų"!

Kitas būdas yra užregistruoti tamsiosios medžiagos daleles, kurios sklinda aplink mus. Jie yra toli gražu ne mažesni: masė, lygi 1000 protonų masėms, čia ir dabar turi būti 1000 dalių viename kubiniame metre. Problema ta, kad jie labai silpnai bendrauja su įprastomis dalelėmis, medžiaga jiems yra skaidri. Tačiau tamsiosios medžiagos dalelės retkarčiais susiduria su atominiais branduoliais, ir tikėtina, kad tokius susidūrimus galima užregistruoti. Šia kryptimi paieška atliekama naudojant daugybę itin jautrių detektorių, išsidėsčiusių giliai po žeme, kur kosminių spindulių fonas smarkiai sumažėja.

Pav. 8

Galiausiai dar vienas būdas yra susijęs su tamsiųjų medžiagų dalelių sunaikinimo produktų registravimu tarpusavyje.Šios dalelės turėtų kauptis Žemės centre ir Saulės centre (medžiaga jiems yra beveik skaidrus ir gali nukristi į Žemę ar Saulę). Ten jie vienas kitą sunaikina ir tuo pačiu metu susidaro kitos dalelės, įskaitant neutrinus. Šie neutrinai laisvai praeina per Žemės arba Saulės storį, ir juos galima užregistruoti specialiais įrenginiais – neutrininiais teleskopais. Vienas iš šių neutrininių teleskopų yra giliai Baikalo ežere (NT-200, ryžiai 8), kita (AMANDA) – giliai į pietų ašigalio ledus.

Pav. 9

Kaip parodyta ryžiai 9, neutrinas, atsirandantis, pavyzdžiui, iš Saulės centro, gali su maža tikimybe susidurti su sąveika vandenyje, dėl ko susidaro įkraunama dalelė (mjonas), kurios šviesa yra registruojama. Kadangi neutrinų sąveika su medžiaga yra labai silpna, tokio įvykio tikimybė yra maža ir reikalingi labai dideli detektoriai. Dabar Pietų ašigalyje prasidėjo 1 kubinių kilometrų jutiklio statyba.

Yra ir kitų būdų ieškoti tamsiųjų dalelių dalelių, pavyzdžiui, ieškoti jų naikinimo produktų centrinėje mūsų galaktikos dalyje.Kuris iš šių būdų pirma bus sėkmė, laikas pasakys, tačiau bet kokiu atveju šių naujų dalelių atskleidimas ir jų savybių tyrimas bus svarbiausias mokslinis pasiekimas. Šios dalelės mums pasakys apie visatos savybes 10-9 su (vienas milijardo sekundžių!) po Didžiojo sprogimo, kai Visatos temperatūra buvo 1015 laipsnių, o tamsiosios medžiagos dalelės intensyviai sąveikauja su kosmine plazma.


Like this post? Please share to your friends:
Tamsi materija ir tamsi energija visatoje ">
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: