ईथन से पूछें: क्या डार्क मैटर में कणों का समावेश नहीं हो सकता है?

यद्यपि आकाशगंगा में अधिकांश डार्क मैटर हमें ढकने वाले विशाल प्रभामंडल में मौजूद हैं, लेकिन टीएम का प्रत्येक व्यक्तिगत कण गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में एक अण्डाकार कक्षा में गति करता है। यदि टीएम कण अपने लिए एंटीपार्टिकल हैं, और हम यह पता लगाएंगे कि उनका दोहन कैसे किया जाए, तो वे ऊर्जा का एक आदर्श स्रोत बन सकते हैं।

ब्रह्मांड में हमने जो कुछ भी पाया है, वह पदार्थ से लेकर विकिरण तक, सबसे छोटे घटकों में टूट सकता है। इस दुनिया में हर चीज में परमाणु होते हैं, जो नाभिक और इलेक्ट्रॉनों से बने होते हैं, और नाभिक क्वार्क और ग्लोन से बने होते हैं। प्रकाश में कण - फोटॉन भी होते हैं। यहां तक ​​कि गुरुत्वाकर्षण तरंगें, सैद्धांतिक रूप से, गुरुत्वाकर्षण से बनी होती हैं: कण जो हम एक दिन प्राप्त कर सकते हैं और पंजीकृत कर सकते हैं। डार्क मैटर का क्या? इसके अस्तित्व के अप्रत्यक्ष सबूत निर्विवाद और भारी हैं, लेकिन क्या इसमें जरूरी कण शामिल होने चाहिए? यह वही है जो पाठक हमसे पूछता है:

यदि अंतरिक्ष के कपड़े में निहित ऊर्जा के रूप में अंधेरे ऊर्जा को परिभाषित किया जा सकता है, तो क्या यह हो सकता है कि जिसे हम "डार्क मैटर" के रूप में अनुभव करते हैं, वह भी अंतरिक्ष का एक अभिन्न कार्य है - दृढ़ता से या कमजोर रूप से अंधेरे ऊर्जा के साथ जुड़ा हुआ है? यह है कि टीएम कणों के बजाय, क्या यह गुरुत्वाकर्षण प्रभाव (सजातीय या अशुभ) के साथ पूरे स्थान में प्रवेश कर सकता है, जो हमारी टिप्पणियों को समझा सकता है - "अंधेरे द्रव्यमान" जैसा कुछ?

आइए सबूतों को देखें और देखें कि वे हमें संभावनाओं के बारे में क्या बताते हैं।


अंतरिक्ष का विस्तार (या संकुचन) ब्रह्मांड युक्त द्रव्यमान का एक आवश्यक परिणाम है। लेकिन समय की मात्रा में विस्तार और इसके परिवर्तन की दर ब्रह्मांड की सामग्री पर निर्भर करती है।

ब्रह्मांड के सबसे उल्लेखनीय गुणों में से एक इसकी सामग्री और समय के साथ विस्तार की दर में परिवर्तन के बीच सीधा संबंध है। जानकारी के विभिन्न व्यक्तिगत स्रोतों - सितारों, आकाशगंगाओं, सुपरनोवा, सीएमबी, ब्रह्मांड के बड़े पैमाने पर संरचनाओं के कई सावधान मापों के माध्यम से - हम इन दोनों मात्राओं को मापने और ब्रह्मांड की संरचना का निर्धारण करने में सक्षम थे। सिद्धांत रूप में, हम उन सभी चीजों के पूरे सेट की कल्पना कर सकते हैं जो हमारे ब्रह्मांड में शामिल हो सकते हैं - लेकिन इन सभी चीजों का ब्रह्मांडीय विस्तार पर अलग-अलग प्रभाव पड़ेगा।


ब्रह्मांड के ऊर्जा घनत्व और उनके संभावित प्रभुत्व के समय में विभिन्न घटक और योगदान। यदि कॉस्मिक स्ट्रिंग्स और डोमेन दीवारें कुछ मूर्त मात्रा में मौजूद हैं, तो वे ब्रह्मांड के विस्तार में महत्वपूर्ण योगदान देंगे।

आज के लिए डेटा के एक पूरे सेट के लिए धन्यवाद, हम जानते हैं कि ब्रह्मांड में क्या शामिल हैं:

• 68% - अंधेरे ऊर्जा, जिसका घनत्व अंतरिक्ष के विस्तार के साथ बरकरार रखा गया है;
• 27% - डार्क मैटर जो एक गुरुत्वाकर्षण प्रभाव को बढ़ाता है, एक घनत्व के साथ जो बढ़ती मात्रा के साथ घटता है, बातचीत नहीं करता है, जहां तक ​​कोई माप से न्याय कर सकता है, कुछ अन्य इंटरैक्शन द्वारा;
• 4.9% - सामान्य पदार्थ, सभी भौतिक इंटरैक्शन का अनुभव करना, घनत्व में वृद्धि के साथ घटती मात्रा, क्लंपिंग और कणों से मिलकर;
• 0.1% - न्यूट्रिनो, गुरुत्वाकर्षण और कमजोर परमाणु संबंधों के अधीन हैं, कणों से बने होते हैं, केवल एक साथ आते हैं यदि वे पदार्थ की तरह व्यवहार करने के लिए पर्याप्त धीमा हो जाते हैं, और विकिरण की तरह नहीं;
• 0.01% फोटॉन गुरुत्वाकर्षण और विद्युत चुम्बकीय इंटरैक्शन का अनुभव करते हुए, विकिरण की तरह व्यवहार कर रहे हैं; जैसे-जैसे वॉल्यूम बढ़ता है, उनका घनत्व कम होता जाता है, और तरंग दैर्ध्य बढ़ता जाता है।

समय के साथ, इन विभिन्न घटकों का महत्व बदल गया है, और संकेतित प्रतिशत आज के ब्रह्मांड का प्रतिनिधित्व करते हैं।


स्पष्ट विस्तार गति (y अक्ष) बनाम दूरी (x अक्ष) का ग्राफ ब्रह्मांड से मेल खाता है, जो अतीत में तेजी से विस्तारित हुआ था, लेकिन आज इसका विस्तार हो रहा है। यह ग्राफ का एक आधुनिक संस्करण है, जो हबल के प्राथमिक कार्य की तुलना में हजारों गुना अधिक है। विभिन्न वक्र ब्रह्मांड की विभिन्न संभावित रचनाओं के अनुरूप हैं।

हमारे सर्वोत्तम मापों के आधार पर, ब्रह्मांड के विभिन्न क्षेत्रों में आकाश में सभी दिशाओं में और लौकिक इतिहास के सभी क्षणों में अंधेरे ऊर्जा के समान गुण हैं। दूसरे शब्दों में, डार्क एनर्जी सजातीय और आइसोट्रोपिक लगती है: यह हर जगह और हमेशा एक ही है। जहां तक ​​हम जानते हैं, अंधेरे ऊर्जा के कणों से बना नहीं है; यह बस अंतरिक्ष के कपड़े में निहित एक संपत्ति हो सकती है।

हालांकि, डार्क मैटर मौलिक रूप से इससे अलग है।


सबसे बड़े पैमाने पर, आकाशगंगाओं (नीले और बैंगनी) के देखे गए क्लस्टर को डार्क पदार्थ के उपयोग के बिना सिमुलेशन (लाल) में पुन: पेश नहीं किया जा सकता है

ब्रह्मांड की संरचनाओं के निर्माण के लिए जो हम निरीक्षण करते हैं, विशेष रूप से सबसे बड़े, ब्रह्मांडीय तराजू पर, अंधेरे पदार्थ का न केवल अस्तित्व होना चाहिए, बल्कि एक साथ टकराव करने की क्षमता भी है। अंतरिक्ष के सभी स्थानों में इसका घनत्व समान नहीं हो सकता; इसे उच्च घनत्व वाले क्षेत्रों में केंद्रित किया जाना चाहिए और कम घनत्व वाले क्षेत्रों में विरल या बस अनुपस्थित होना चाहिए। हम सही ढंग से कह सकते हैं कि अंतरिक्ष के विभिन्न क्षेत्रों में विभिन्न टिप्पणियों का संचालन करके टीएम कितना निहित है। और यहां तीन सबसे महत्वपूर्ण अवलोकन हैं।


ब्रह्मांड पर आधारित डेटा (बिंदु) और 85% डार्क मैटर वाले ब्रह्मांड पर आधारित भविष्यवाणियां और 15% सामान्य पदार्थ (ठोस लाइन) अविश्वसनीय रूप से सटीक हैं। रेखा की वक्रता टीएम के तापमान को इंगित करती है; विचलन की डिग्री अंधेरे और साधारण पदार्थ के अनुपात को दर्शाती है।

1) पदार्थ का वर्णक्रमीय घनत्व : यह ब्रह्मांड में पदार्थ के स्थान को स्थापित करने के लिए आवश्यक है, यह देखें कि आकाशगंगाओं का सहसंबंध किस पैमाने पर दिखाई दे रहा है - चयनित एक से एक निश्चित दूरी पर आकाशगंगाओं की उपस्थिति की संभावना का एक उपाय - और इसे सभी को चिह्नित करें। यदि ब्रह्मांड में सजातीय पदार्थ शामिल होता है, तो परिणामस्वरूप संरचना धुंधली होगी। यदि ब्रह्मांड में टीएम विकास की बहुत शुरुआत में नहीं टकराया, तो छोटे पैमाने पर संरचना नष्ट हो जाएगी। पदार्थ का वर्णक्रमीय घनत्व हमें बताता है कि ब्रह्मांड में लगभग 85% पदार्थ टीएम से संबंधित है, जो प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों से पूरी तरह से अलग है, और यह टीएम अपने बाकी द्रव्यमान की तुलना में ठंड या कम गतिज ऊर्जा के साथ दिखाई दिया।


आकाशगंगाओं के समूह में बड़े पैमाने पर वितरण एबेल 370 गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग के माध्यम से फिर से निर्मित होता है, जो एचएम के दो विलय समूहों के अनुरूप दो बड़े और खुले द्रव्यमान वाला है। प्रत्येक आकाशगंगा के चारों ओर और पूरे मात्रा में, प्रत्येक समूह और पदार्थ के विशाल समूहों में, औसतन 5 गुना अधिक टीएम है।

2) गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग । यदि आप एक विशाल वस्तु, जैसे कि क्वासर, आकाशगंगा या आकाशगंगाओं के समूह को देखते हैं, तो आप देखेंगे कि कैसे इसकी उपस्थिति इसके पीछे की वस्तुओं के प्रकाश को विकृत करती है। चूंकि हम आइंस्टीन सामान्य सापेक्षता द्वारा नियंत्रित गुरुत्वाकर्षण के नियमों को जानते हैं, प्रकाश की वक्रता के आधार पर, हम प्रत्येक वस्तु में मौजूद द्रव्यमान की मात्रा की गणना कर सकते हैं। विभिन्न तरीकों के एक पूरे सेट के लिए धन्यवाद, हम सामान्य द्रव्यमान में मौजूद द्रव्यमान की मात्रा निर्धारित कर सकते हैं: तारे, गैस, धूल, ब्लैक होल, प्लाज्मा, आदि। और फिर, हम पाते हैं कि, औसतन, 85% मामले को एचएम से संबंधित होना चाहिए, और इसके अलावा, घने सामान्य मामले के विपरीत, एचएम को अधिक फैलाना, बादल जैसी तरह से वितरित किया जाता है। इसकी पुष्टि कमजोर और मजबूत दोनों तरह के लेंसिंग से होती है।


यूनिवर्स की सामग्री के आधार पर रिलीफ रेडिएशन के फटने की संरचना भिन्न होती है

3) अवशेष विकिरण । यदि हम बिग बैंग से शेष विकिरण की अवशिष्ट चमक का अध्ययन करते हैं, तो हम पा सकते हैं कि यह लगभग एक समान है: सभी दिशाओं में 2.725 K। यदि आप विवरण में तल्लीन करते हैं, तो यह स्पष्ट हो जाएगा कि यह सभी कोणीय पैमाने पर दसियों और सैकड़ों माइक्रोन के क्रम की छोटी खामियां हैं। ये उतार-चढ़ाव हमें कई महत्वपूर्ण बातें बताते हैं, जिनमें सामान्य पदार्थ, घने पदार्थ और अंधेरे ऊर्जा की घनत्वों का अनुपात शामिल है, लेकिन सबसे महत्वपूर्ण बात वे इस बारे में बात करते हैं कि ब्रह्मांड वर्तमान के 0.003% की उम्र में कितना समान था, और तब उसके सबसे घने खंड केवल थे 0.01% सघनतम सघनता से। दूसरे शब्दों में, डार्क मैटर पूरी तरह से समान रूप से शुरू हो गया, और अंततः लम्प हो गया!


ब्रह्माण्ड का एक विस्तृत अध्ययन बताता है कि इसमें पदार्थ होते हैं, लेकिन एंटीमैटर के नहीं; वह डार्क मैटर और डार्क एनर्जी उसमें मौजूद होना चाहिए, और यह कि इन रहस्यमय पदार्थों के स्रोत हमारे लिए अज्ञात हैं। हालांकि, सीएमबी विकिरण के उतार-चढ़ाव, बड़े पैमाने पर संरचनाओं के बीच गठन और सहसंबंध और गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग के आधुनिक अवलोकन - यह सभी एक ही तस्वीर में परिवर्तित होते हैं।

यह सब एक साथ इकट्ठा करने के बाद, हम इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि टीएम ब्रह्मांड की अनुमति देने वाले तरल की तरह व्यवहार करने के लिए बाध्य है। इस तरल में नगण्य दबाव और चिपचिपापन होता है, यह विकिरण के दबाव का जवाब देता है, यह फोटॉन या सामान्य पदार्थ से नहीं टकराता है, यह ठंड और गैर-सापेक्षतावादी पैदा हुआ था, और यह अपने स्वयं के गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में एक साथ टकराता है। यह सबसे बड़े पैमाने पर ब्रह्मांड की संरचनाओं के गठन को नियंत्रित करता है। यह बेहद अमानवीय है, और समय के साथ इसकी विषमता का परिमाण बढ़ता जाता है।



यहां हम इस बारे में सबसे बड़े पैमाने पर कह सकते हैं - जहां अवलोकन हैं। एक छोटे पैमाने पर, हमें संदेह है - लेकिन यह निश्चित नहीं है - उस अंधेरे पदार्थ में गुणों वाले कण होते हैं जो इसे बड़े पैमाने पर व्यवहार करते हैं जैसा कि होता है। हम इसे मानते हैं क्योंकि ब्रह्मांड, जहां तक ​​हम जानते हैं, इसमें बस कण होते हैं, और यह बात है! यदि यह द्रव्य है, यदि इसमें द्रव्यमान है, तो इसमें क्वांटम डबल भी है - और कुछ स्तर पर यह कण होना चाहिए। लेकिन जब तक हम सीधे इस कण का पता नहीं लगा लेते, तब तक हमारे पास एक और संभावना को खारिज करने का कोई तरीका नहीं है - कि टीएम एक निश्चित क्षेत्र है जो एक तरल की तरह व्यवहार करता है, लेकिन अंतरिक्ष-समय को उसी तरह प्रभावित करता है जैसे कि कणों के समूह करते हैं।


WIMP से मिलकर डार्क मैटर पर प्रयोगात्मक प्रतिबंध बेहद सख्त हैं। सबसे कम वक्र टीएम क्रॉस-सेक्शन और उसके ऊपर स्थित हर चीज के लिए द्रव्यमान को बाहर करता है

इसलिए, TM का सीधे पता लगाने का प्रयास इतना महत्वपूर्ण है! एक सिद्धांतकार के रूप में जिन्होंने बड़े पैमाने पर संरचनाओं के गठन के विषय पर अपने डॉक्टरेट को लिखा था, मैं बहुत अच्छी तरह से समझता हूं कि हम बड़े पैमाने पर टिप्पणियों की भविष्यवाणी करने के क्षेत्र में बहुत कुछ पूरा कर सकते हैं। लेकिन जो हम सैद्धांतिक रूप से नहीं कर सकते, वह यह है कि टीएम में कण होते हैं या नहीं। इसे जांचने का एकमात्र तरीका यह है कि इसका प्रत्यक्ष रूप से पता लगाया जाए; इसके बिना, अप्रत्यक्ष साक्ष्य को समझाने के लिए इकट्ठा किया जा सकता है, लेकिन वे निर्णायक नहीं होंगे। जाहिरा तौर पर, यह किसी भी तरह से अंधेरे ऊर्जा से जुड़ा नहीं है, क्योंकि उत्तरार्द्ध वास्तव में पूरे अंतरिक्ष में समान है, और भविष्यवाणियां बहुत सटीक रूप से हमें बताती हैं कि यह बड़े पैमाने पर गुरुत्वाकर्षण और अन्य इंटरैक्शन के माध्यम से कैसे बातचीत करता है।


डार्क मैटर का प्रवाह आकाशगंगाओं के संचय और बड़े पैमाने पर संरचनाओं के निर्माण को नियंत्रित करता है - यह इस सिमुलेशन में KIPAC / स्टैनफोर्ड से देखा जा सकता है

लेकिन क्या इसमें कण शामिल हैं? जब तक हम इस कण की खोज नहीं करेंगे, तब तक हम केवल इसके बारे में अनुमान लगा सकते हैं। ब्रह्मांड अपने क्वांटम सार को प्रदर्शित करता है, कम से कम सभी प्रकार के पदार्थों के लिए, इसलिए यह मानना ​​तर्कसंगत है कि डार्क मैटर समान होगा। हालांकि, यह याद रखना चाहिए कि इस तरह के तर्क की अपनी सीमाएं हैं। आखिरकार, अंत में, हर चीज और हर जगह समान नियमों का पालन किया जाता है, लेकिन केवल तब तक जब तक कि यह उनका पालन करना बंद न कर दे! टीएम के साथ, हम अज्ञात क्षेत्र में हैं, और ब्रह्मांड के महान रहस्यों के सामने विनय बनाए रखना बहुत महत्वपूर्ण है।