🎸 🌶️ 👨‍🚒 एथन नंबर 66 से पूछें: क्या हमें डार्क मैटर मिला है? 😩 🛀🏿 👨🏻‍💼

कोई रास्ता नहीं। हमने जो पाया, वह एक रहस्य है, लेकिन निश्चित रूप से हमारे ब्रह्मांड का खोया द्रव्यमान नहीं है

समय अपने आप में सब कुछ अवशोषित कर लेता है, समय अतीत को दूर ले जाता है, और अंत में केवल अंधेरा रह जाता है। अंधेरे।
- स्टीफन किंग

लेकिन हमारे पास समय का अंत नहीं है, बल्कि सप्ताह का अंत है। "एथन से पूछें" कॉलम में अगले सवाल का जवाब देने का समय, जहां, बहुत अच्छे सवालों में से एक का चयन करते हुए, मैंने जो लेथोन से एक प्रश्न चुना, जो हाल ही में पूछे गए समाचारों के बारे में पूछता है:

मैंने भौतिक प्रकाशनों में बहुत अधिक सुर्खियां पढ़ीं, जैसे "शोधकर्ताओं ने अंधेरे पदार्थ से एक संभावित संकेत की खोज की " । क्या आप अपनी अंतर्निहित अभिव्यक्ति के साथ, मुद्दे की पृष्ठभूमि और इन समाचारों का सार समझा सकते हैं?

चलो जो दे उसे क्या चाहिए!

सबसे पहले, काले पदार्थ की समस्या है। एक गेलेक्टिक क्लस्टर का अध्ययन - उदाहरण के लिए, ऊपर की तस्वीर में वेरोनिका हेयर क्लस्टर जैसे, हम इसके मामले को मापने के दो तरीके लागू कर सकते हैं:

इसमें से निकलने वाले विद्युत चुम्बकीय संकेतों के पूरे स्पेक्ट्रम को देखें, जिसमें न केवल प्रकाश उत्सर्जित करने वाले तारे, बल्कि प्रकाश उत्सर्जित होते हैं और स्पेक्ट्रम के अन्य भागों में अवशोषित होते हैं। यह हमें गैस, धूल, प्लाज्मा, न्यूट्रॉन सितारों, ब्लैक होल, बौनों और यहां तक कि ग्रहों की मात्रा के बारे में जानकारी देगा।
एक क्लस्टर में वस्तुओं की आवाजाही को ट्रैक करें - इस मामले में, व्यक्तिगत आकाशगंगाओं - और उनके कुल द्रव्यमान की गणना करने के लिए गुरुत्वाकर्षण के नियमों के ज्ञान का उपयोग करें।

प्राप्त मूल्यों की तुलना में, हम देखेंगे कि क्या सामान्य द्रव्यमान का पूरा द्रव्यमान है, या क्या कुछ और होना चाहिए जो प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों का नहीं है।

वही व्यक्तिगत आकाशगंगाओं के लिए किया जा सकता है। बस आकाशगंगा के सभी विभिन्न घटकों को सभी तरंग दैर्ध्य पर देखें। और आकाशगंगाओं के लिए, और गुच्छों के लिए, हम तारों के रूप में एक निश्चित द्रव्यमान पाते हैं, फिर एक तटस्थ गैस के रूप में लगभग 5-8 गुना बड़े द्रव्यमान, प्लाज्मा के रूप में बहुत कम (हालांकि यह अंतरिक्ष अंतरिक्ष में भरा हुआ है), और दूसरों के रूप में एक छोटा सा अंश है। संयुक्त के प्रकार। औसतन, सभी सितारों के कुल द्रव्यमान के अलावा, सामान्य द्रव्य से बने अन्य घटकों के द्रव्यमान का लगभग आठ गुना होता है।

लेकिन, कुल द्रव्यमान को गुरुत्वाकर्षण से बाहर निकालने पर, हमें कुछ अप्रत्याशित लगता है। सभी देखे गए गुरुत्वाकर्षण प्रभावों को सही ठहराने के लिए, जैसे अलग-अलग सर्पिलों में अलग-अलग दूरी पर आकाशगंगाओं के घूमने की गति और क्लस्टर के केंद्र के सापेक्ष अलग-अलग आकाशगंगाओं की गति, हमें एक द्रव्यमान की आवश्यकता है जो सितारों के कुल द्रव्यमान का आठ गुना नहीं है, लेकिन पचास!

इस तरह के अंतर के साथ-साथ यह तथ्य कि हमें ब्रह्मांड में सामान्य पदार्थ की तुलना में द्रव्यमान में लगभग पांच गुना अधिक द्रव्य की आवश्यकता होती है, को डार्क मैटर की समस्या कहा जाता है। बड़ी संख्या में अवलोकन - जिसमें दूरी की माप और मानक खगोलीय मोमबत्तियों के पुनर्वितरण, ब्रह्मांड में विशाल संरचनाओं के विशाल पैमाने पर अवलोकन, गांगेय समूहों के टकराव के अवलोकन, और माइक्रोवेव कॉस्मिक बैकग्राउंड रेडिएशन (बिग बैंग के बाद के माप) के सटीक माप शामिल हैं - यह दर्शाता है कि समस्या गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत में नहीं है। , और एक नए प्रकार के पदार्थ के अस्तित्व में, जो ब्रह्मांड में सामान्य परमाणु से पांच गुना अधिक है।

और पदार्थ का यह नया रूप - डार्क मैटर - अन्य चीजों के बीच, विद्युत चुम्बकीय बलों के माध्यम से पदार्थ और विकिरण के साथ बातचीत नहीं करता है।

यह भी स्थापित किया गया है कि यह जो भी काला पदार्थ है, ये मानक मॉडल से साधारण कण नहीं हैं। ये क्वार्क नहीं हैं, बोसॉन नहीं हैं, न्यूट्रिनो भी नहीं हैं। जो भी हो, यह एक नए प्रकार का कण होना चाहिए जो अभी तक खोजा नहीं गया है।

गुरुत्वाकर्षण गुणों के आधार पर जो ऐसे कण होने चाहिए, उन्हें विशाल प्रभामंडल में, आकाशगंगाओं के आसपास और गुच्छों के आसपास, विशालकाय दुर्लभ क्षेत्रों में एकत्र किया जाना चाहिए।

डार्क मैटर के अधिकांश मॉडलों में, यह माना जाता है कि इसके कण अपने स्वयं के एंटीपार्टिकल्स होने चाहिए। इसलिए, जहां अंधेरे पदार्थ का घनत्व अधिकतम है (आकाशगंगाओं और समूहों के केंद्रों पर), उनके विनाश की संभावना है। और इस मामले में, दो विनाशकारी कण दो फोटॉन का उत्सर्जन करेंगे, जिनमें से प्रत्येक की ऊर्जा (ऊर्जा और गति को बचाने के लिए) कण के बाकी द्रव्यमान के अनुरूप होगी।

बहुत अच्छा लगता है, है ना? हमें सिर्फ उच्च ऊर्जा डिटेक्टरों, हमारे एक्स-रे और गामा-किरण वेधशालाओं को आकाशगंगाओं और समूहों के केंद्रों तक भेजने और इस विनाश के संकेतों की तलाश करने की आवश्यकता है। इसका मतलब ऊर्जा की वर्णक्रमीय रेखाओं की तलाश है जो ज्ञात कणों के अनुरूप नहीं हैं।

बकवास, सही?

नहीं, एक मिनट रुकिए। समस्या यह है कि ब्रह्मांड में कई अलग-अलग उच्च-ऊर्जा घटनाएं हैं जो हमें पृथ्वी पर समझ में नहीं आती हैं! क्यों? क्योंकि हम अंतरिक्ष में होने वाली उन सभी अजीब घटनाओं को फिर से नहीं बना सकते हैं, और हम नहीं जानते कि हमारे द्वारा देखे गए गामा-रे और एक्स-रे विकिरण की कई (या यहां तक कि) पृष्ठभूमि का कारण क्या है।

दूसरे शब्दों में, एक्स-रे और गामा किरणों के कई स्रोत हैं, ज्ञात हैं, लेकिन हमारे द्वारा ज्ञात नहीं हैं।

जो के अनुसार, इस साल एक नई एक्स-रे लाइन की खोज की गई थी - एंड्रोमेडा आकाशगंगा के नाभिक और पर्सियस क्लस्टर के नाभिक में 3.5 केवी के क्रम का एक स्रोत।

क्या इसका कारण कुछ सामान्य है, जैसे कि सुपरमैसिव ब्लैक होल के आसपास के कण तेजी से बढ़ते हैं?

या इस एक नए कण का कारण है - एक ही बाँझ न्यूट्रिनो, उदाहरण के लिए - डार्क मैटर के लिए जिम्मेदार, सत्यानाश करने और परिणामस्वरूप इसके शेष द्रव्यमान को (E = mc ^{2 के} माध्यम से ) 3.5 केवी? (या दो बार ज्यादा से ज्यादा, 7 केवी अगर यह एक क्षयकारी कण है)।

समाचार आपको यह विश्वास दिलाना चाहता है कि दूसरा विकल्प संभव है - क्योंकि यह शांत होगा यदि यह डार्क मैटर निकला हो? लेकिन यह संकेत न केवल वास्तव में पुष्टि की गई है (एक संयुक्त डेटा सेट के लिए भी पता लगाने का मूल्य 4 for है, जब खोजों के लिए मानक 5 discover है), यह अभी भी ब्रह्मांड में काले पदार्थ के लिए जिम्मेदार नहीं हो सकता है!

क्यों? बिग बैंग: कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड रेडिएशन के 380,000 साल बाद हमारे यूनिवर्स के घने और दुर्लभ क्षेत्रों की तस्वीर पर एक नज़र।

यह कल्पना करना आसान है कि उस समय यूनिवर्स घनी और छोटी थी, लेकिन यह भूलना आसान है कि यह भी गर्म था। इसका मतलब यह है कि न केवल विकिरण गर्म था, बल्कि यह भी कि इसमें द्रव्य बहुत अधिक गति से चला गया। और यह न केवल सामान्य पदार्थ पर लागू होता है, जैसे परमाणु, बल्कि अंधेरे पदार्थ पर भी।

यह महत्वपूर्ण क्यों है? चूँकि गुरुत्वाकर्षण में गिरावट के कारण गांठों में भटकने और संरचना बनाए रखने के लिए, पदार्थ को धीरे-धीरे पर्याप्त रूप से बढ़ना चाहिए, या पतन नहीं होगा। और अगर डार्क मैटर बहुत हल्का है, तो संरचना अवलोकनों को पूरा करने के लिए पर्याप्त रूप से तैयार नहीं होगी!

हम एक सीमा के रूप में क्या उपयोग कर सकते हैं? सबसे अच्छा माप एक घटना से आता है जिसे लाइमैन-अल्फा वन कहा जाता है, जो गैस बादलों के गुरुत्वाकर्षण कुओं की आयु के माप के रूप में कार्य करता है जो कमजोर रूप से एक साथ गुरुत्वाकर्षण से बंधे होते हैं। बेशक, घनीभूत वस्तुएँ सितारों, आकाशगंगाओं और क्वासरों में बदल जाएंगी - लेकिन गैस के बादल प्रक्रिया में हस्तक्षेप करेंगे, और वे विशेषता आवृत्तियों पर प्रकाश के हिस्से को अवशोषित करेंगे।

"वन लाइन" की गहराई का अध्ययन, विशेष रूप से शुरुआत में, हम अंधेरे पदार्थ के वजन पर प्रतिबंध लगा सकते हैं। और यहां तक कि सबसे मुक्त परिस्थितियों में, आप देख सकते हैं कि अवशोषण लाइनें अविश्वसनीय रूप से मजबूत हैं - वे इस तथ्य के अनुरूप हैं कि अंधेरे पदार्थ बहुत ठंडा है - जिसका अर्थ है कि इसका द्रव्यमान नीचे से सीमित है।

और अर्थ क्या है? अब यह 10 keV से अधिक भारी होना चाहिए, जो कि अवलोकित अवशोषण रेखाओं की ताकत को देखते हुए होता है। दूसरे शब्दों में, यह कथित तौर पर "डार्क मैटर सिग्नल" की तुलना में 3 गुना भारी (या क्षय कण के मामले में 50% भारी) है!

मुझे गलत मत समझो, एक्स-रे विकिरण की एक संभावित नई लाइन की खोज बहुत दिलचस्प है, और हमें एक नया खगोल भौतिकी, या, संभवतः (हालांकि संभावना नहीं), एक नए प्रकार के कण खोल सकती है। लेकिन भले ही यह एक नया कण हो, यह डार्क मैटर का नहीं होगा, क्योंकि यह यूनिवर्स की पूरी संरचना (विशेष रूप से छोटे पैमानों पर) का उल्लंघन करेगा, और इन संरचनाओं के हमारे अवलोकन ऐसे परिदृश्य को बाहर कर देते हैं।

तो क्या दिलचस्प है, लेकिन डार्क मैटर नहीं हो सकता? किसी भी तरह से, केवल अगर हम कई जगहों पर कुछ गड़बड़ करते हैं।

अद्भुत सवाल के लिए धन्यवाद, और मुझे आशा है कि स्पष्टीकरण आपको और बाकी लोगों के लिए स्पष्ट कर दिया गया है। निम्नलिखित लेखों के लिए मुझे अपने प्रश्न और सुझाव भेजें ।

एथन नंबर 66 से पूछें: क्या हमें डार्क मैटर मिला है?

कोई रास्ता नहीं। हमने जो पाया, वह एक रहस्य है, लेकिन निश्चित रूप से हमारे ब्रह्मांड का खोया द्रव्यमान नहीं है

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