Naukowcy sugerują, że ciemna materia może być wykonana z maleńkich czarnych dziur, gdy tak zwane „ciemne barony” zapadają się. Lub, alternatywnie, ciemna materia może być rodzajem cząstek stworzonej przez formę promieniowania jastrzębia na horyzoncie kosmicznym.
Oto, co to wszystko znaczy.
Ciemna materia jest substancją, która wydaje się stanowić około 27% naszego wszechświata, w porównaniu do 5% naszego wszechświata złożonego z „normalnej” materii. Naukowcy z pewnością wiedzą, że ciemna materia istnieje z powodu pewnych szczególnych efektów zaobserwowanych w kosmosie, których normalna materia nie może uwzględniać. Jednak nikt nie wie co ciemna materia jest wykonany.
Przez dziesięciolecia wiodącym kandydatem były WIMPS lub słabo oddziaływanie masywnych cząstek. Ale gdy poszukiwanie WIMPS zaczyna się wahać z eksperymentami, które wciąż się pojawiają puste ręcenowe teorie ciemnej materii zaczynają się pojawiać. Wśród nich są dwa nowe modele opracowane przez Stefano Profumo, który jest profesorem fizyki teoretycznej na University of California w stanie San Diego-a jego pomysły mają zupełnie inny pogląd na problem z ciemnym matterem.
„Moim podejściem jest to, że bardzo staraliśmy się myśleć o ciemnej materii jako cząsteczce, ale do tej pory nie zadziałała” – powiedział Space.com Profumo. „Myślę, że to naturalne, aby zrobić sobie przerwę i patrzeć na wszystko z daleka i zastanawiać się, czy zasadniczo o tym myślimy w niewłaściwy sposób”.
W jednym artykule Profumo zastanawia się, czy „ciemny sektor” może być tym, co rodzi ciemną materię. Przez ciemny sektor nie odnosi się do tego, jak nasz wszechświat rządzony jest ciemną materią i ciemna energia. Zamiast tego odnosi się do rodzaju „lustrzanego świata” cząstek, które oddziałują przez siły, których nie doświadcza rodzaj materii naszego świata.
Profumo twierdzi, że koncepcja nie jest tak dziwna, jak może się wydawać. Na przykład podkreśla, jak kwarki wewnątrz protony I neutrony są połączone silną siłą nuklearną.
„Ale potem weź elektronyktóre są absolutnie ślepe na silną siłę. W ogóle tego nie czują. Dla nich silna siła jest ciemnym sektorem – powiedział Profumo. „Jest powszechny w Model standardowy. “
Dark barony byłoby odpowiednikiem protonów lub neutronów w tym ciemnym sektorze, z wyjątkiem tego, że mogą zawierać więcej niż trzy kwarki, mówi Profumo, a zatem byłyby bardziej masywne.
Kolejny krok w teorii badacza został zainspirowany jego nastoletnim synem pytającym, czy wystarczająco masywna cząsteczka może się zawalić pod własną grawitacją, aby utworzyć mini Czarna dziura. Mroczne baraony w ciemnym sektorze, jeśli tak istnieje, mogą być wystarczająco masywne, aby to zrobić – a te małe czarne dziury mogą być wówczas powszechne we wszechświecie i wspólnie tworzyć to, co nazywamy ciemną materią.
„Pracowałem z ludźmi, którzy bardzo głęboko pomyślałem o ciemnym sektorze równoważnym silnej sile, ale tak naprawdę nigdy nie popchnęli się aż do granicy czarnej dziury”-powiedział Profumo. „Ale naprawdę uważam, że musimy wziąć pod uwagę możliwość”.
Czarne dziury, duże lub małe, są otoczone niewidzialną granicą zwaną Horizon wydarzeniaWewnątrz grawitacji jest tak silna, że nawet światło nie może uciec. Jednak horyzont zdarzenia jest „gorący” – cząstki utworzone na granicy przez efekty kwantowe mogą promieniować jako to, co nazywamy Promieniowanie hawkingowe (Nazwany na cześć słynnego fizyka Stephena Hawkinga, który przypisuje się pomysł). Z czasem promieniowanie jastrzębia usuwa masę i energię z czarnej dziury, powodując stopniowe odparowanie. Dla Supermasywne czarne dziuryzajęłoby to niewyobrażalnie długo – przynajmniej 10^100 lat. Jednak czarne dziury w najmniejszych skalach- co nazywamy skalą Plancka- mogą odparować w czasie mniejszym niż wiek wszechświata.
Jeśli jednak przyjmiemy pewne założenia dotyczące natury tych czarnych dziur utworzonych przez upadek ciemnych baronów, ich promieniowanie jastrzębia mogło zostać stłumione, uniemożliwiając im odparowanie i umożliwiając im działanie jako mroczna materia.
Tymczasem inny pomysł Profumo odgrywa również koncepcję promieniowania hawkingowego, ale w całkowicie nowatorski sposób.
Żyjemy we wszechświecie, który rozwija się w tempie przyspieszającym, zabierając regiony kosmosu tak daleko, że ich światło nigdy do nas nie dotrze. Prowadzi to do granicy lub kosmicznego horyzontu, który określa krawędź widzialnego wszechświata. Może być znacznie więcej wszechświata poza tym horyzontem, ale nigdy tego nie zobaczymy.
Teraz wróćmy w czasie do momentu Wielki Wybuch. Wszechświat rozpoczął się od wybuchu energii ekspansyjnej znanej jako inflacja. Ten okres inflacyjny trwał niewielki ułamek sekundy. Jednak niektóre modele zakładają również, że nastąpił drugi krótki wybuch energii ekspansyjnej, który nastąpił po inflacji.
„Jest to w zasadzie okres mini-inflacji”-powiedział Profumo. „Może to być powiązane z inflacją i tym, jak się kończy lub może być kierowane przez podobną konfigurację do inflacji”.
Ten drugi okres ekspansji stworzył kosmiczne horyzonty, takie jak kosmiczny horyzont, który graniczy z widzialnym wszechświatem. Jednak dziś widzialny wszechświat wynosi 93 miliardy lata świetlne w poprzek Ziemia W jego centrum (koncepcja „widzialnego” wszechświata jest bardzo zależna od obserwatora – obserwatorzy w różnych częściach kosmosu zobaczą inną objętość obserwowalnego wszechświata skoncentrowanego wokół siebie). Ogromny rozmiar widzialnego wszechświata oznacza, że temperatura na horyzoncie kosmicznym jest bardzo niska, ponieważ sama przestrzeń stała się tak rozłożona.
Jednak podczas drugiego wybuchu inflacji wszechświat był nadal niesamowicie zwarty, a temperatura na horyzoncie była wyjątkowo gorąca.
Profumo zdał sobie sprawę, że te wczesne horyzonty kosmiczne mogą działać jak horyzonty wydarzeń; Rzeczywiście, koncepcja jest trochę jak czarna dziura, ale odwrócona na lewą stronę, ponieważ wszystko poza kosmicznym horyzontem jest na zawsze odłączone od nas, podobnie jak wszystko w horyzoncie zdarzeń czarnej dziury, jest od nas oddzielone. I podobnie jak promieniowanie jastrzębia jest emitowane z horyzontu zdarzenia czarnej dziury, Profumo sugeruje, że horyzont kosmiczny może również doświadczyć promieniowania jastrzębia w ten sam sposób i że energia tego promieniowania może przekształcić się w jakąś cząsteczkę ciemnej materii.
“Może [dark matter] jest tak proste – powiedział Profumo. „Wcześniej wszechświat zachowywał się jak czarna dziura, a we wszechświecie posypano rzeczy, ponieważ wszechświat odparował w taki sam sposób, w jaki czarna dziura odparowuje”.
Może to wydawać się nieco arbitralne, ponieważ lokalizacja horyzontu kosmicznego zależy od lokalizacji obserwatora. Ponieważ jednak wszechświat jest jednorodny (taki sam w każdym punkcie w dużych skalach) i izotropowy (to samo we wszystkich kierunkach)- dwa truizmy, które nazywamy zasadą kosmologiczną- wtedy dowolni dwaj obserwatorzy powinni zobaczyć dokładnie taką samą ilość ciemnej materii, gdziekolwiek są.
Profumo niekoniecznie mówi, że ciemna materia musi być jedną z tych dwóch możliwości; Rzeczywiście, fakt, że opracował dwie teorie, oznacza, że niechętnie przybija swoje kolory do dowolnego masztu.
„Celem gry jest zrozumienie szerokości i zakresu tego, co może być mroczna materia, oraz obsadzenie siatki tak szerokiej, jak to możliwe” – powiedział Profumo.
Wiemy tylko na pewno o ciemnej materii, że wchodzi w interakcje za pośrednictwem grawitacji, a jednak pomimo swojej tajemnicy jest całkowicie dominująca w tym, jak materia we wszechświecie się zbiera galaktyki. Prawie sto lat, odkąd Fritz Zwicky po raz pierwszy zasugerował istnienie ciemnej materii i około pół wieku, odkąd Vera Rubin potwierdziła potrzebę mrocznej materii w naszym wszechświecie, wciąż nie wiemy o tym nic więcej. Eksperymenty mogą zawęzić właściwości Dark Matter, więc im więcej pomysłów mamy na stole, tym bardziej prawdopodobne jest, że będziemy w stanie dopasować jedną z nich do obserwowanych właściwości ciemnej materii.
Perfumy Hipoteza ciemnego sektora – czarna dziura został opublikowany 9 maja w Physical Review D i jego Kosmiczny model horyzontu został opublikowany w tym samym czasopiśmie 8 lipca.
