Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

Темная материя

Чего мы до сих пор не знаем о темной материи?

20.09.2020 14:12:50 | Автор: admin

Существование темной материи до сих пор не доказано

Вселенная странная. Понять что в ней происходит очень и очень сложно, однако ученые не оставляют попыток. Один из двух способов узнать, что лежит за пределами Земли, является взгляд на свет, испускаемый и поглощаемый материей во Вселенной: посредством прямых астрономических наблюдений. Второй способ использовать законы гравитации и влияние материи и энергии на кривизну пространства, чтобы попытаться установить, сколько массы должно присутствовать в конкретной физической системе посредством математических расчетов. Одна из самых больших загадок современной астрофизики заключается в том, что результаты этих два независимых методов, которые измеряют одну и ту же Вселенную, не совпадают. По какой-то причине все, что испускает или поглощает свет от звезд до черных дыр, планет, газа, пыли, плазмы и т. д., составляет всего около 15% от общего количества вещества, которое должно там находиться. Но как такое возможно?

Темная материя гипотетически существующая форма материи, которая не участвует в электромагнитном взаимодействии, а потому недоступна прямому наблюдению. Ученые считают, что темная материя составляет около четверти массы энергии Вселенной и проявляется только в гравитационном взаимодействии.

Существует ли темная материя?

Несмотря на то, что прямых доказательств существования таинственной темной материи по-прежнему не обнаружено, с астрофизической точки зрения имеется огромное количество косвенных свидетельств, подтверждающих существование этой загадочной субстанции. Во-первых, темная материя ведет себя так, будто у нее есть масса, но при этом она не испускает и не поглощает свет. Вместо этого она искривляет свет путем гравитационного воздействия на пространство-время. Во-вторых, огромный набор имеющихся данных свидетельствует о том, что либо в космосе есть нечто, совершенно не соответсвующее нашему пониманию Вселенной, либо доминирующая форма материи во Вселенной еще не обнаружена.

Хотя первые наблюдения, предполагающие существование темной материи появились еще в 1933 году, убедительные данные удалось получить только к 1970-м гг. Именно тогда астроном Вера Рубин впервые обнаружила несоответствие между массой всех видимых объектов в галактике с массой самой галактики. Астроном определила, что эта невидимая субстанция крайне распространена и из нее состоит большая часть Вселенной.

Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира популярной науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram

Сегодня эту субстанцию мир знает как темную материю, которая не отражает, не рассеивает, не испускает, не преломляет и не поглощает свет. Тем не менее сегодня исследователи полагают, что около 85% всего вещества во Вселенной представляет собой темную материю. И все же, на сегодняшний день не существует никаких убедительных доказательств существования темной материи.

Как увидеть то, чего не видно?

Загадки Вселенной

Итак, если темная материя существует напомню, что ранее черные дыры и гравитационные волны также считались гипотетически существующими объектами то все ее взаимодействия с окружающей средой происходят с помощью гравитации. Это означает, что таинственная субстанция должно быть, двигалась очень медленно по сравнению со скоростью света даже вскоре после Большого Взрыва.

Таким образом сама природа того, что стоит за "темной материей", ученым до сих пор совершенно непонятна.

Более того, исследователи не понимают что именно должна (и не должна) делать темная материя во Вселенной. Огромное количество неизвестных свойств, которыми обладает эта субстанция, порождает еще больше вопросов. Например, какова масса или плотность частиц темной материи во Вселенной? Является ли темная материя светом и если да, то сколько частиц темной материи существует? Как пишет Forbes, ученые понятия не имеют, сколько существует частиц темной материи и какова их масса. Некоторые исследователи и вовсе не исключают, что темная материя может быть даже жидкостью, а не частицами, как мы предполагаем. Мы не знаем, состоит ли темная материя из одного и того же «вещества», или существует множество ее разновидностей.

Наши знания о Вселенной, увы, пока что крайне малы

Читайте также: Может ли темная материя быть старше Большого взрыва?

Вот самое простое предположение: существует только один новый компонент материи, и это то, что мы упускаем. Но в космосе множество неизвестных, а потому существует множество различных методов, которые можно использовать для решения загадки темной материи. Необходимо также учитывать тот факт, что ученые не знают к какому типу частиц принадлежат частицы темной материи (если исходить из предположения о том, что темная материя и правда состоит из частиц), а также существует ли антиматерия.

Все известные сегодня частицы бывают двух видов: фермионы (как электроны или нейтрино) и бозоны. Если темная материя состоит из бозонов, то эти частицы ведут себя как свои собственные античастицы. Но если она состоит из фермионов, то этой субстанции есть античастичные аналоги. В этом случае существование «темной антиматерии» будет реальностью. Ну а пока и нам и ученым остается лишь гадать, что же такое темная материя и существует ли она. А что вы думаете по этому поводу? Ответ будем ждать здесь.

Подробнее..

Правда ли, что ученые обнаружили частицу, связанную с темной материей?

23.06.2020 14:12:56 | Автор: admin

Если аксионы действительно удалось обнаружить, это самый настоящий научный прорыв

Физики говорят, что нашли доказательства существования неуловимой элементарной частицы аксион, которая может входить в состав загадочной темной материи. Исследовательский проект по изучению темной материи XENON1T, расположенный в подземной лаборатории Гран Сассо в Италии, возможно, только что положил начало новой эры в физике. Как пишет The New York Times, подробно описывая научный эксперимент, международная команда ученых установила две тонны сверхчистого сжиженного ксенона в чане под итальянской горой. Ксенон это благородный газ без цвета, вкуса и запаха, который чрезвычайно стабилен. Инертность делает его идеальным кандидатом для обнаружения любых частиц, которые проходят через него. Неужели новое открытие самая настоящая революция в физике?

Темная материя это гипотетическая форма материи, которая не участвует в электромагнитном взаимодействии, а потому недоступная прямому наблюдению.

Аксион неуловимая частица

Как утверждают авторы исследования в официальном пресс-релизе, возможно, они обнаружили доказательства существования давно предсказанного типа субатомной частицы аксиона. Впервые существование аксиона было предложено в 1977 году для объяснения расхождений в физике элементарных частиц. Со временем аксионы также стали популярным способом объяснить существование темной материи таинственной субстанции, составляющей 85 процентов массы Вселенной. Примечательно, что на сегодняшний день нет прямых доказательств ее существования.

В рамках эксперимента XENON1T, исследователи установили две тонны сверхчистого сжиженного ксенона в чане под итальянской горой. В поисках участвуют полторы сотни ученых, которые производят сверхточные замеры элементарных частиц, сталкивающихся между собой. В ходе последнего исследования, физики зарегистрировали аномально много событий, что может свидетельствовать как о существовании новых частиц солнечных аксионов, так и о новых свойствах нейтрино, о чем я рассказывала в одной из предыдущих статей.

Чтобы всегда быть в крусе послдених научных открытий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram!

В работе, которая пока что не прошла экспертную оценку и опубликована на сайте университета Пердью, исследователи пишут об обнаружении «удивительного превышения событий», взаимодействующих с частицами ксенона эти события нельзя объяснить с помощью стандартной модели физики. Напомню, что по мнению ученых темная материя состоит из частиц, свободно проходящих сквозь обычные детекторы (они не отличаются сильной чувствительностью), но при этом суммарно их масса достаточно большая, чтобы макроскопически оказывать влияние на вещество путем гравитационного взаимодействия.

Вот так выглядят поиски таинственной темной материи

Гравитационное взаимодействие элементарных частиц это самое слабое из всех фундаментальных взаимодействий, которое характеризуется участием во взаимодействии гравитационного поля или поля тяготения. Избыток выявленных взаимодействий на момент написания этой статьи имеет три объяснения. Согласно первому, наиболее простому объяснению, причиной огромного количества событий является загрязнение в резервуаре. Второе возможное объяснение предполагает, избыток событий может быть вызван нейтрино.

А вот третье объяснение является самым смелым и, по мнению ученых, может иметь серьезные последствия для физики. Как вы, вероятно, догадались, именно последнее объяснение предполагает существование аксионов. Если все действительно так, то это первое наблюдение неуловимой субатомной частицы. Необходимо отметить о чем также пишет Futurist.com что существование аксионов не является прямым объяснением темной материи, однако авторы научной работы полагают, что они могли бы подготовить почву для создания темной материи на ранних стадиях нашей Вселенной.

Это интересно: Может ли темная материя быть старше Большого взрыва?

Тайны Вселенной и темной материи

Ученые, несомненно, взволнованы третьем возможным объяснением, хотя призывают общественность к сдержанности, так как есть два других потенциальных объяснения. Но что, если команда XENON1T действительно обнаружила гипотетическую субатомную частицу?

Чан с благородным газом ксеноном в подземной лаборатории в Италии

Как написала в электронном письме Live Science Чанда Прескод-Вайнштейн, физик из университета Нью-Гэмпшира, которая не участвовала в исследовании, в случае подтверждения, это будет самым значимым открытием в физике со времен обнаружения космического ускорения.

Тем не менее, праздновать еще очень рано. Дело в том, что время от времени ученые ошибаются помните историю про открытие такой большой черной дыры, что ее существование не возможно? Спустя всего несколько месяцев после публикации исследования, сразу две независимых команды ученых выпустили опровержение, согласно которому обнаружение невозможной черной дыры оказалось ошибкой. Так что нам с вами остается ждать результатов рецензирования исследования и постараться узнать о таинственной темной материи как можно больше. Как думаете, это научный прорыв или простое загрязнение чана с ксеноном? Ответ будем ждать здесь!

Подробнее..

Физики обнаружили слияние черных дыр, которые не должны существовать

05.09.2020 20:03:19 | Автор: admin

Моделирование слияния черных дыр выглядит так

Семь миллиардов лет назад, где-то на краю Вселенной, произошло столкновение двух гигантских темных объектов. Это событие проливает свет на невидимый процесс ускоряющегося расширения Вселенной: вибрируя в пространстве-времени две сверхмассивные черные дыры произвели громкий, резко обрывающийся звук. Сигнал длился десятую долю секунды, однако этого оказалось достаточно, чтобы детекторы интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO и интерферометрической обсерватории VIRGO зафиксировали его. Как пишут авторы новых исследований, короткий сигнал из далекой галактики вызывает много вопросов, особенно в областях, касающихся формирования и эволюции черных дыр. Одна, а возможно обе столкнувшиеся дыры были слишком массивными и не могли образоваться в результате коллапса нейтронных звезд. Более того, слияние породило еще более крупную черную дыру, чья масса в 142 раза превосходит массу Солнца и, согласно стандартным моделям, не должна существовать. Но как такое возможно?

Аномальные черные дыры

Предсказанные Альбертом Эйнштейном черные дыры это массивные объекты, гравитационное притяжение которых настолько велико, что даже фотоны света не могут их покинуть. Существование этих таинственных объектов удалось доказать в 2015 году, после того, как обсерватории LIGO и VIRGO зафиксировали гравитационные волны — рябь пространства-времени, появившаяся в результате столкновения двух сверхмассивных черных дыр. Подробнее об открытии, которое принесло основателям LIGO Нобелевскую премию по физике читайте в материале моего коллеги Артема Сутягина.

Большинство известных черных дыр это мертвые массивные звезды, которые коллапсировали в объекты в несколько раз массивнее Солнца. Но внутри галактик находятся черные дыры в миллионы или миллиарды раз более массивные, чем наша родная звезда. Как эти объекты смогли вырасти до таких размеров извечная загадка астрономии.

В конце своей жизни, когда у звезд заканчивается ядерное топливо и они больше не противостоят собственной гравитации, они разрушаются (коллапсируют). Маломассивные звезды, включая наше Солнце, в конечном итоге становятся слабыми звездными призраками, известными как "белые карлики". Звезды, масса которых превышает массу Солнца примерно в 8 раз, становятся невероятно плотными и маленькими объектами, называемыми нейтронными звездами. И по-настоящему массивные звезды с массой более 20 солнечных масс при рождении становятся черными дырами, с конечными массами от нескольких до примерно 40 солнечных масс.

До недавнего времени у исследователей было не так много свидетельств существования черных дыр среднего и, скажем так, промежуточных размеров, чья масса превосходит солнечную в 100 и 100 000 раз. Черная дыра, созданная в результате слияния настолько массивных объектов, является первым убедительным примером существования этого «недостающего звена» астрономии.

На изображении рябь пространства-времени и короткий звуковой сигнал

Издание The New York Times приводит слова сразу нескольких ученых, которые не принимали участия в исследованиях. Так, астрофизик из Северо-Западного университета Вики Калорега, в электронном письме написала следующее: «Это первое и единственное надежное измерение массы черной дыры среднего размера на момент ее рождения. Теперь мы достоверно знаем, по крайней мере, один способ, которым эти объекты могут образовываться — путем слияния других черных дыр.»

Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира популярной науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram.

По мнению Сергея Клименко, физика из университета Флориды, открытие также является важной вехой в гравитационно-волновой астрономии. Эти объекты ученый искал на протяжении последних 15 лет. Исследователь отметил, что астрономы, возможно, получили представление о процессе, с помощью которого Вселенная «строит» черные дыры в темноте, превращая ничтожно малые объекты в грохочущих левиафанов.

Дэниел Хольц, физик-теоретик из Чикагского университета и член команды LIGO, назвал новые работы «первым по-настоящему удивительным открытием LIGO/Virgo.» Ранее обнаруженные другие бинарные системы, по мнению ученого, достаточно хорошо вписываются в ожидания. Но в этом случае настолько массивные черные дыры не должны существовать!

Международная группа исследователей, входящих в состав коллабораций LIGO и Virgo, сообщила о своих выводах в двух статьях, опубликованных в Physical Review Letters и Astrophysical Journal Letters. Согласно полученным результатам, события разворачивались на почти невообразимом расстоянии от Земли 17 миллиардов световых лет. Одна черная дыра масса которой в 85 раз превосходит массу Солнца, и вторая, чья масса равна 66 массам нашей родной звезды, слились воедино в результате столкновения, породив черную дыру в 142 раза массивнее Солнца.

Как отмечают авторы исследования, этот процесс слияния может быть важным ключом к происхождению более массивной из двух черных дыр. Предположительно, черная дыра GW190521 имела массу в 85 Солнц, и, согласно стандартной астрофизической логике, не должна была существовать. Черные дыры с массой от 50 до 120 солнц не могут образоваться, по крайней мере, из умирающей звезды именно об этом свидетельствуют история и расчеты.

Тайны массивных звезд

Исследователи уже довольно давно предполагают, что нечто странное происходит с очень, очень массивными звездами, возможно, с теми, чьи начальные массы находятся между 130 и 250 солнечными массами, чьи ядра становятся действительно горячими (около миллиарда градусов Кельвина) в конце звездной эволюции. Свет, отражающийся внутри этих звезд настолько энергичен, что может трансформироваться в пары электронов и позитронов (позитроны являются антиматериальными двойниками электрона — они почти идентичны, но имеют противоположный заряд).

Черные дыры «средних размеров» это недостающее звено астрономии

Это, в свою очередь, делает звезду нестабильной: давление внезапно падает, центр звезды сжимается и нагревается и беглый ядерный синтез заставляет всю звезду взорваться в яркой сверхновой «парной нестабильности», не оставляя после себя никаких остатков.

Это интересно: Черные дыры можно использовать в качестве источника бесконечной энергии

Как отмечает доктор Хольц, большая черная дыра находится прямо посередине области, где черным дырам не место. Природа, похоже, проигнорировала все наши тщательные теоретические расчеты, утверждая, что черных дыр такой массы не существует. Он добавил: «подобные открытия одновременно обескураживают и пробуждают интерес. С одной стороны, одно из наших главных убеждений оказалось ошибочным. С другой стороны, в этом есть что-то новое и неожиданное, и теперь гонка продолжается, ведь нужно попытаться выяснить, что происходит.

По мнению д-ра Хольца и других ученых, наиболее интригующей является вероятность того, что слишком массивная черная дыра GW190521 была образована двумя меньшими черными дырами, которые столкнулись и слились. В этом случае слияние, наблюдаемое в июне 2020 года, было бы событием второго или даже третьего поколения, одним из иерархической серии слияний черных дыр, которые в конечном итоге приводят к сверхмассивным черным дырам. Некоторые астрофизики считают, что подобные слияния, скорее всего, происходят вблизи центров галактик, где сверхмассивные черные дыры создают закрученные спирали газа и других объектов, в которых могут собираться и размножаться тысячи более мелких черных дыр.

Подробнее..

Категории

Последние комментарии

© 2006-2020, umnikizdes.ru