Evrenin "gerçek efendisini" aydınlatmak: karanlık madde
Pek çok bilimsel uzman, evrenin yalnızca milyarlarca galaksiden oluşmadığına, aynı zamanda karanlık madde adı verilen büyük miktarda soyut madde içerdiğine inanıyor. Bu tuhaf madde, elektromanyetik yoluyla etkileşime girmeyecek ve güçlü veya zayıf nükleer kuvvetler üretmeyecek yeni bir atom altı parçacık türü olarak kabul ediliyor. Aynı zamanda, karanlık maddenin kütlesinin, evrendeki evrensel atomun kütlesinin 5 katı olduğu kabul edilir.
Ancak aslında karanlık maddenin varlığı tam olarak doğrulanmadı. Karanlık madde, oldukça desteklenen bir kavram olmasına rağmen hala bir hipotezdir. Herhangi bir bilimsel teori tahminlerde bulunmalıdır, eğer doğruysa, ölçümleriniz tahminlerle tutarlı olmalıdır.Karanlık madde aynıdır. Ancak şimdiye kadar, düşük kütleli galaksilerin merkezindeki karanlık maddenin ayrıntılı dağılımının ölçümü, önceki tahminlerle eşleşmiyor.
Bir araştırma hesaplaması bu noktayı değiştirmiştir. Hesaplama modeli "Tali Fisher ilişkisi" probleminin çözülmesine yardımcı olur. Galaksideki görünür veya sıradan maddeyi dönüş hızı ile karşılaştırır. Çok basitleştirilmiş koşullar altında, Bilim adamları, bir sarmal gökada ne kadar büyük (daha parlak) olursa, o kadar hızlı döneceğini keşfettiler.
Ancak karanlık madde varsa, bir galaksinin "kütle büyüklüğü" yalnızca görünen maddesi tarafından belirlenmez, aynı zamanda içerdiği karanlık maddeden de etkilenir. Karanlık maddenin büyük bir kısmı eksikse, "Tali Fisher ilişkisi" kurulmamalıdır. Şimdiye kadar, bu ilişkiyi mevcut karanlık madde teorisi ile bağdaştırabilecek herhangi bir yöntemi hayal etmek zor.
Karanlık madde kökeni
Muhtemel karanlık maddenin varlığının ilk keşfi 1932 yılına dayanıyor. Hollandalı gökbilimci Jan Oort, Samanyolu'ndaki yıldızların yörünge açılış modellerini ölçtü ve Samanyolu'nu gözlemlemek için çok hızlı hareket ettiklerini buldu. Kalite açıklanır.
Bununla birlikte, yaklaşık yarım yüzyıl sonra gökbilimciler ciddi ciddi karanlık madde aramaya başladılar. 1970'lerde gökbilimci Vera Rubin ve alet üreticisi Kent Ford, yıldız ile galaksinin merkezi arasındaki mesafeyi ölçtüler. Yakındaki galaksilerin dönüş oranını belirlemek için, ölçüm sonuçlarını standart Newton yerçekimi teorisi ile karşılaştırdılar.
Yıldızlar, neredeyse dairesel bir yolda ana galaksinin yörüngesinde dolaşırlar ve yerçekimi, yıldızı yörünge konumunda tutan kuvvettir. Newton'un ikinci yasası, kuvvetin yıldızın dairesel bir yörüngede hareket etmesine neden olacağını öngörür. F (dairesel yörünge kuvveti) yıldızın yerçekimi kuvvetine eşit olmalıdır. F (yerçekimi kuvveti) yoksa yıldız uzaydaki yörüngesinden sapacaktır veya Galaksinin merkezine girin. Lise fizik bilgisini hatırlayan insanlar için, F (dairesel yörünge kuvveti) eylemsizliğin bir ifadesidir, yalnızca Newton'un ikinci yasası F = ma, F (yerçekimi kuvveti) Newton'un evrensel çekim yasasıdır.
Samanyolu'nun merkezine yakın, Rubin ve Ford, F'nin (dairesel yörünge kuvveti) kabaca F'ye (yerçekimi kuvveti) eşit olduğunu, ancak Samanyolu'nun merkezinden çok uzakta olduğunu buldular, F = ma eşleşmesi çok iyi olmasa da Ayrıntılı durum farklıdır, ancak gözlem sonuçları temelde aynıdır.
Bunun gibi bariz farklılıkların açıklanması gerekiyor: Galaksinin merkezine yakın Robin ve Ford'un ölçüm verileri teorinin geçerli olduğu ve daha büyük yörünge mesafesindeki farkın var olan teorinin bazı fenomenleri açıklayamayacağı anlamına geliyor. Gözlemleri, ya eylemsizliğin nasıl çalıştığını anlamadığımızı (örneğin: F (dairesel yörünge kuvveti)) ya da yerçekiminin nasıl çalıştığını anlamadığımızı (örneğin: F (yerçekimi kuvveti)) göstermektedir. Üçüncü olasılık, Newton'un ikinci yasasının denkleminin yanlış olmasıdır, bu da sayılmamış başka kuvvetler veya etkiler olduğu anlamına gelir.Bu tek olasılıktır.
Farkı açıklayın
Rubin ve Ford 40 yıl önce karanlık madde aramaya başladığından beri, bilim adamları, keşfettikleri galaksilerin dönüşlerindeki farklılıkları açıklamak için birçok teoriyi test ettiler. Fizikçi Mordehai Milgrom, "gelişmiş Newton mekaniği" adı verilen bir eylemsizlik değişikliği önerdi.
İlk aşamasında, çok düşük ivmeyle çalıştığını varsaydı ve Newton'un ikinci yasası F = ma geçersizdi.
Diğer fizikçiler evrensel çekim yasasını değiştirmeyi önerdiler Einstein'ın genel görelilik teorisi burada geçersiz, çünkü Einstein ve Newton'un tahminleri bu alanda temelde aynı. Kuantum yerçekimi teorisi, yerçekimini atom altı parçacıklarla tanımlamaya çalışır, ki bu da açıklanamaz. Bununla birlikte, Samanyolu'nun içinde veya dışında tahminler yapan Newton'un evrensel çekim yasasından farklı bazı yerçekimi teorileri vardır ve bunlar alternatif teoriler olarak kullanılabilir.
Bilim adamları bir zamanlar yeni bir kuvvetin olduğunu tahmin etmişlerdi: Bu teoriler, yerçekimini, elektromanyetik alanları ve güçlü veya zayıf nükleer kuvvetleri aşan gizemli bir kuvvet anlamına gelen "beşinci bir kuvvet" olduğuna inanıyor. Sonunda, bilim adamları karanlık madde teorisine işaret ettiler ve bunun ışıkla hiç reaksiyona girmeyen, ancak yerçekimine sahip olan ve evrenin her tarafına dağınık bir şekilde dağılmış kozmik bir madde olduğuna inanıyorlardı.
Samanyolu'nun rotasyonunun şu anki ölçümü elimizdeki tek veridir ve bu farklı teoriler arasından seçim yapmak zor olabilir. Sonuçta, Samanyolu'nun dönüşü problemini çözmek için her bir teoriyi ayarlamak mümkündür, ancak birçok farklı fenomenin mevcut gözlemleri en makul teorinin belirlenmesine yardımcı olacaktır.
Birincisi, daha büyük galaksi kümelerindeki galaksilerin hızıdır. Galaksi kümeleri için, galaksiler bir araya gelemeyecek kadar hızlı hareket eder. Diğer bir gözlem ise çok uzak galaksilerin ışığıdır.Çok uzaktaki antik galaksilerin gözlemi, ışığın yakındaki galaksi kümelerinin yerçekimi alanından geçerken bozulduğunu göstermektedir. Aynı zamanda, evrenin "doğum çığlığı" olan kozmik mikrodalga arka planın minicik tekdüzelik olmadığını keşfettiler. Tüm bu ölçümler (ve daha fazlası) yeni teoriler aracılığıyla galaksi dönüşünün hızını açıklamalıdır.
Karanlık madde hakkında cevaplanmamış sorular
Karanlık madde teorisi birçok ölçülen değeri tahmin etmede çok etkilidir, bu yüzden teori bilim camiasında genel olarak kabul görmektedir. Ancak karanlık madde hala kanıtlanmamış bir model ve şu ana kadar karanlık maddenin varlığına dair tüm kanıtlar dolaylı. Karanlık madde varsa, dünyadan geçerken, doğrudan karanlık maddenin etkileşimini gözlemlemeliyiz.Aynı zamanda, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi daha büyük parçacık hızlandırıcılarda karanlık madde yaratabiliriz. Ancak, bu iki yöntemden hiçbiri başarılı olmadı.
Ek olarak, karanlık madde sadece birçok astronomik gözlemle değil, her şeyle tutarlı olmalıdır. Karanlık madde açık ara en başarılı model olmasına rağmen, tam anlamıyla başarılı olamadı. Karanlık madde modeli, Samanyolu gibi büyük galaksilerin çevresinde dönen çok sayıda cüce uydu galaksinin keşfedilenden daha fazla olacağını öngörüyor. Çok sayıda cüce galaksi keşfedilmiş olmasına rağmen, sayıları çok küçüktür ve karanlık maddenin tahmin edilen değerleriyle karşılaştırılamaz.
Bir diğer önemli kamusal mesele, karanlık maddenin galaksilerin parlaklığı ile dönme hızı arasındaki ilişkiyi nasıl etkilediğidir. Bu ilişki ilk kez 1977'de önerildi ve "Tali Fisher ilişkisi" olarak adlandırıldı. Bir galaksinin görünürlüğünün birçok kez kanıtlandı Kütle, dönme hızı ile yakından ilgilidir.
Karanlık maddeye karşı ciddi zorluk
Karanlık madde modeli için, Tully Fisher ilişkisi ciddi bir sorundur.Bir galaksinin dönüşü, içerdiği toplam madde miktarı tarafından kontrol edilir. Karanlık madde gerçekten varsa, o zaman kozmik maddenin toplam kütlesi, sıradan madde ve karanlık maddenin toplamıdır.
Ancak şu andaki karanlık madde teorisi, herhangi bir galaksinin daha büyük veya daha küçük bir karanlık madde parçası içerebileceğini öngörüyor, bu nedenle insanlar evrendeki görünür maddeyi keşfettiklerinde, karanlık maddenin daha büyük bir kısmının keşfini kaçırabilirsiniz. Görünür kütle, bir galaksinin toplam kütlesinin yalnızca küçük bir kısmını tahmin edebilir.Bir galaksinin kütlesi, sıradan görünür maddenin kütlesine benzer veya çok daha büyük olabilir.
Bu nedenle, görünen kütlenin galaksinin dönüş hızını iyi tahmin etmesi gerektiğine inanmak için hiçbir neden yoktur. Aslında, bu yılki bir araştırma raporu, karanlık madde şüphecilerinin, karanlık madde hipotezini ve gözden geçirilmiş atalet teorisini çürütmek için farklı galaksiler arasındaki Tally Fisher ilişkisinin ölçüm verilerini kullandığını gösterdi.
Karanlık madde için daha uygun
Bilim adamlarının yürüttüğü karanlık madde modelleri, bilimsel araştırma için büyük bir itici güç sağlıyor. Bu yeni simülasyon, karanlık madde modelinin başarısının ilk tahminlerini yeniden üretmekle kalmıyor, aynı zamanda Tally Fisher ilişkisini de doğruluyor.
Bu son araştırma raporu, "yarı analitik" bir modeldir. Analitik denklemler ve simülasyonların bir kombinasyonudur. Erken evrenin karanlık madde kümelerini simüle eder. Gökadaları tohum oluşturacak şekilde tohumlayabilirler, ancak aynı zamanda yerçekimi gibi sıradan madde etkileşimlerini de içerirler. Çekiş, sıradan madde başka bir gök cisimine girer ve yıldız ışığı ve süpernova ısınması yoluyla gaza karışır. Araştırmacılar, parametreleri dikkatlice ayarlayarak, beklenen Tally Fisher ilişkisini daha iyi eşleştirebilirler.Bu hesaplamanın anahtarı, galaksideki enerjik baryonların karanlık maddeye oranının gerçek değeri dahil olmak üzere dönüş hızını tahmin etmektir.
Bu son hesaplama, karanlık madde modelini doğrulamak için önemli bir ek adımdır, ancak bu nihai sonuç değildir. Başarılı herhangi bir teori, ölçülen tüm verilerle tutarlı olmalıdır.Eğer tutarsızsa, teori veya verilerin yanlış veya en azından eksik olduğu anlamına gelir. Tahmin edilen ve ölçülen değerler arasında hala bazı farklılıklar vardır (örneğin: bazı küçük uydu galaksiler daha büyük galaksilerin yörüngesinde), ancak bu son araştırma raporu, gelecekteki çalışmaların bu farklılıkları çözeceğine inanmamızı sağlıyor.
Karanlık madde evrenin yapısını daha iyi tahmin edebilir, tam değildir, gerçek karanlık madde parçacıklarını keşfederek doğrulanması gerekir. Hala yapılması gereken işler var. Ancak son hesaplamalar önemli bir bağlantı, böylece evrene karanlık madde hakim olup olmadığını anlayabiliriz.
