एथन से पूछें: अगर डार्क मैटर हर जगह है, तो हमने इसे सौरमंडल में क्यों नहीं पाया?

अलग घनत्व और विशाल के साथ clumping काले पदार्थ का प्रभामंडल, प्रसार संरचना है कि सिमुलेशन की भविष्यवाणी। पैमाने के लिए, आकाशगंगा का उज्ज्वल हिस्सा दिखाया गया है। चूंकि डार्क मैटर हर जगह है, इसलिए यह हमारे सौर मंडल में भी होना चाहिए। तो हमने उसे अभी तक क्यों नहीं देखा?

सबूतों की विशाल मात्रा के अनुसार, अधिकांश ब्रह्मांड में एक रहस्यमय प्रकार का एक निश्चित द्रव्यमान होता है, जिसे हमने कभी भी सीधे नहीं मापा है। प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन - और सामान्य रूप से सभी मामलों में, मानक मॉडल में शामिल कणों से मिलकर - जिनमें से ग्रह, तारे और आकाशगंगाएं जिन्हें हम पूरे ब्रह्मांड में खोजते हैं, बनाये जाते हैं, अपने कुल द्रव्यमान का केवल 15% बनाते हैं। बाकी कुछ पूरी तरह से अलग हैं: ठंडे अंधेरे पदार्थ । लेकिन अगर डार्क मैटर हर जगह और भारी मात्रा में है, तो हमने सौरमंडल में क्यों नहीं देखा है? यह वह सवाल है जो हमारे पाठक पूछते हैं:

डार्क मैटर और डार्क एनर्जी की मौजूदगी के सभी सबूत दूर के ब्रह्मांड को संदर्भित करते हैं। बल्कि यह संदेहास्पद है कि हम अपने सौर मंडल में उनके अस्तित्व का कोई सबूत नहीं देखते हैं। ग्रहों की कक्षाओं में किसी ने भी किसी भी विसंगति की सूचना नहीं दी है। हालांकि, उन्हें बहुत सटीक रूप से मापा गया था। यदि यूनिवर्स 95% अंधेरा है, तो ऐसे प्रभावों को स्थानीय रूप से मापा जा सकता है।

क्या ऐसा है? यह पहला विचार था जिसने मेरे दिमाग को पार कर दिया था जब मुझे पहली बार 17 साल पहले डार्क मैटर (टीएम) के बारे में पता चला था। चलिए इसका पता लगाते हैं और सच्चाई का पता लगाते हैं।



डार्क मैटर का कॉस्मिक वेब और इससे बनने वाली बड़े पैमाने की संरचना। सामान्य पदार्थ मौजूद है, लेकिन पदार्थ की कुल मात्रा का केवल 1/6। शेष 5/6 डार्क मैटर है, और कोई भी सामान्य पदार्थ इसे संभाल नहीं सकता है।

टीएम का मुख्य विचार यह है कि किसी युवा ब्रह्मांड में किसी बिंदु पर, आकाशगंगाओं, सितारों या यहां तक ​​कि तटस्थ परमाणुओं की उपस्थिति से पहले, टीएम का लगभग पूर्ण और चिकना समुद्र था, जो पूरे अंतरिक्ष में वितरित किया गया था। समय के साथ, गुरुत्वाकर्षण और अन्य बल कई परस्पर चरणों से गुजरे:

• सभी पदार्थ, सामान्य और अंधेरे, गुरुत्वाकर्षण द्वारा आकर्षित होते हैं,
• औसत से अधिक घनत्व वाले क्षेत्र दोनों प्रकार के द्रव्य को आकर्षित करते हैं,
• विकिरण सामान्य पदार्थ से टकराता है और उस पर दबाव पड़ता है,
• लेकिन टीएम के साथ ऐसा नहीं होता है, कम से कम यह बिल्कुल उसी तरह से नहीं होता है।

यह ब्रह्मांड में उच्च और निम्न घनत्व के क्षेत्रों की एक बहुत ही निश्चित तस्वीर बनाता है; एक पैटर्न जो तब दिखाई देता है जब हम राहत विकिरण (आरआई) को देखते हैं।



आरआई उतार-चढ़ाव इतने छोटे और इतने विशिष्ट होते हैं कि वे स्पष्ट रूप से संकेत करते हैं कि बहुत शुरुआत में ब्रह्मांड में हर जगह एक ही तापमान था, और इसमें कुछ मामलों में अंधेरे पदार्थ, सामान्य पदार्थ और अंधेरे ऊर्जा भी शामिल थी।

आरआई बिग बैंग की अवशिष्ट चमक है: विकिरण जो हमारी आंखों में गिर गया, उस क्षण से पथ की यात्रा की जब स्थिर तटस्थ परमाणुओं ने पहली बार ब्रह्मांड में गठन किया। आज हम एक आयनित प्लाज्मा से परमाणुओं के एक विद्युत तटस्थ सेट में संक्रमण के दौरान ब्रह्मांड की एक तस्वीर का निरीक्षण करते हैं, जब विकिरण दबाव नगण्य हो जाता है। ठंडे क्षेत्र बढ़ घनत्व के क्षेत्रों के अनुरूप हैं, क्योंकि विकिरण को इन गुरुत्वाकर्षण कुओं से बाहर निकलने के लिए अतिरिक्त ऊर्जा (औसत से अधिक) खर्च करना पड़ता है; हॉट स्पॉट - क्रमशः, कम घनत्व वाले क्षेत्र।



उच्च, मध्यम और निम्न घनत्व वाले क्षेत्रों का अस्तित्व तब था जब ब्रह्मांड केवल 380,000 साल पुराना था, अब आरआई के ठंडे, मध्यम और गर्म भागों के अनुरूप है।

सभी पैमानों पर ठंडे और गर्म क्षेत्रों का चित्रण जो हम देख सकते हैं, और उनके बीच संबंध, हमें ब्रह्मांड की रचना के बारे में बताते हैं: 68% डार्क एनर्जी, 27% टीएम, 5% सामान्य पदार्थ। समय के साथ, बढ़ते घनत्व के ये क्षेत्र सितारों, सितारा समूहों, आकाशगंगाओं और गांगेय समूहों में विकसित हो गए, और कम घनत्व के क्षेत्रों ने उनके आसपास के बढ़ते घनत्व के क्षेत्रों को अपनी बात दी। और यद्यपि हम केवल सामान्य पदार्थ को देख सकते हैं, इस तथ्य के कारण कि यह प्रकाश और अन्य प्रकार के विकिरणों के साथ उत्सर्जित और अंतःक्रिया करता है, टीएम ब्रह्मांड की संरचनाओं के गुरुत्वाकर्षण विकास के लिए जिम्मेदार प्रमुख बल है।



ब्रह्माण्ड का एक सावधानीपूर्वक अध्ययन दर्शाता है कि इसमें पदार्थ होते हैं, और एंटीमैटर के नहीं, कि टीएम और डार्क एनर्जी आवश्यक है, और यह कि हम इन सभी रहस्यों के स्रोतों को नहीं जानते हैं। हालांकि, आरआई में उतार-चढ़ाव, बड़े पैमाने पर संरचनाओं के बीच गठन और सहसंबंध, और गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग के आधुनिक अवलोकन एक ही तस्वीर को इंगित करते हैं।

चूंकि सामान्य पदार्थ अपने आप से संपर्क करता है, इसलिए सामान्य और काले पदार्थ के लिए गुरुत्वाकर्षण का पतन अलग-अलग तरीकों से होता है। गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में एकत्रित सामान्य पदार्थ की एक गांठ सिकुड़ने लगती है। संपीड़न पहले सबसे छोटे आयाम से होकर गुजरता है, लेकिन सामान्य पदार्थ परस्पर क्रिया करता है और सामान्य पदार्थ के अन्य कणों से टकराता है - ठीक वैसे ही जैसे आपके हाथ, हालांकि वे उन परमाणुओं से बने होते हैं जो लगभग खाली जगह होते हैं, जब आप एक हाथ पकड़ने की कोशिश करते हैं तो वे ताली बजाएंगे दूसरे के माध्यम से। यह अंतःक्रिया पदार्थ की एक घूमती हुई डिस्क की उपस्थिति की ओर ले जाती है - सब कुछ इसमें से प्रवाहित होता है, डिस्क (सर्पिल) आकाशगंगाओं से लेकर सौर मंडल तक, जिस ग्रह में एक ही विमान में पड़ी कक्षाओं में गति होती है। दूसरी ओर, डार्क मैटर अपने आप से या सामान्य पदार्थ से नहीं टकराता है, यही वजह है कि यह बड़े और बेहद विरल प्रभामंडल के रूप में बना रहता है। और यद्यपि सामान्य से अधिक गहरा पदार्थ है, इसका घनत्व, उदाहरण के लिए, हमारी आकाशगंगा में, उन स्थानों पर बहुत कम है जहां सितारे हैं।



सूर्य के चारों ओर पृथ्वी की परिक्रमा के दौरान, हमारी आकाशगंगा में टीएम के माध्यम से हमारा आंदोलन बदलता है, इसलिए इसके प्रभामंडल में विभिन्न अंतःक्रियात्मक गुणों का प्रदर्शन होना चाहिए

और अब हम मुख्य मुद्दे पर आते हैं। TM सौर प्रणाली को कैसे प्रभावित करता है? जो आप शायद कल्पना करते हैं उनमें से अधिकांश एक या दूसरे तरीके से सच होंगे: टीएम कणों को अंतरिक्ष में हर जगह उड़ना चाहिए, जिसमें मिल्की वे का पूरा स्थान भी शामिल है। और इसका मतलब यह है कि टीएम को सौर मंडल में होना चाहिए, धूप में, हमारे ग्रह और हमारे शरीर से गुजरना चाहिए। बड़ा सवाल निम्नलिखित है: सूर्य, ग्रहों, सौर मंडल की अन्य वस्तुओं के द्रव्यमान की तुलना में, हम जिस TM में रुचि रखते हैं, वह द्रव्यमान क्या होगा?



सौर मंडल में, पहले सन्निकटन के लिए, ग्रहों की परिक्रमा सूर्य द्वारा निर्धारित की जाती है। दूसरे सन्निकटन में, अन्य सभी द्रव्यमान (ग्रह, चंद्रमा, क्षुद्रग्रह, आदि) एक बड़ी भूमिका निभाते हैं। लेकिन यहां टीएम को जोड़ने के लिए, आपको सटीकता बढ़ाने की आवश्यकता है।

उत्तर देने के लिए, हमें पहले यह समझने की आवश्यकता है कि हमारे सौर मंडल के अंदर वस्तुओं की कक्षाओं को क्या निर्धारित करता है। एक व्यापक अंतर से, सूर्य सौर मंडल में प्रमुख द्रव्यमान होगा। एक बहुत ही सटीक अनुमान के साथ, यह ग्रहों की कक्षाओं को निर्धारित करता है। लेकिन शुक्र के लिए, बुध ग्रह आंतरिक होगा, और पहले सन्निकटन में, शुक्र की कक्षा सूर्य और बुध के कुल द्रव्यमान से निर्धारित होती है। बृहस्पति की कक्षा सूर्य के द्रव्यमान और सभी आंतरिक ग्रहों, साथ ही क्षुद्रग्रह बेल्ट के योग से निर्धारित होती है। समग्र रूप से किसी भी वस्तु के लिए, इसकी कक्षा सूर्य में केंद्रित एक काल्पनिक क्षेत्र में संलग्न कुल द्रव्यमान से निर्धारित होती है और इस वस्तु के गोले के किनारे पर होती है।



टीएम (या किसी भी द्रव्यमान) के एक समान वितरण के मामले में जनरल थ्योरी ऑफ रिलेटिविटी में, केवल अपनी कक्षा के अंदर संलग्न द्रव्यमान किसी वस्तु की गति को प्रभावित करता है; कक्षा के बाहर एक सजातीय द्रव्यमान कुछ भी प्रभावित नहीं करता है [बिरखॉफ का प्रमेय / लगभग। ट्रांस।]

यदि एचएम का एक समुद्र है, जहां आप और मैं हैं - पूरे सौर मंडल की जगह - तो बाहरी ग्रहों को आंतरिक लोगों की तुलना में थोड़ा बड़े द्रव्यमान के साथ बातचीत करनी चाहिए। और अगर बहुत टीएम है, तो इसका पता लगाने का एक तरीका होना चाहिए। चूंकि हम मिल्की वे के द्रव्यमान को जानते हैं, जो सामान्य और अंधेरे पदार्थ के सापेक्ष घनत्व है, और हमारे पास सिमुलेशन है कि टीएम का घनत्व कैसे व्यवहार करना चाहिए, हम बहुत अच्छा अनुमान दे सकते हैं। और इस तरह की गणना करने के बाद, यह पता चलता है कि लगभग 10 ¹³ किलो एचएम को पृथ्वी की कक्षा को प्रभावित करना चाहिए, और 10 ¹⁷ किलोग्राम नेप्च्यून जैसे ग्रह की कक्षा को प्रभावित करना चाहिए।

लेकिन ये संख्या बाकी सभी जनता की तुलना में छोटी है! सूर्य का द्रव्यमान 2 × 10 ³⁰ किग्रा है, पृथ्वी का द्रव्यमान 6 × 10 ^{24 है} । १० ^{१३ १३} - १० ^१ compar किग्रा के अंतराल में जिन द्रव्यमानों का उल्लेख किया गया है, वे एक मामूली क्षुद्रग्रह के द्रव्यमान के साथ तुलनीय हैं। किसी दिन, शायद, हम सौर मंडल को ठीक से समझ पाएंगे ताकि हम इस तरह के छोटे अंतरों का पता लगा सकें, लेकिन अब तक हम इस त्रुटि को लगभग 100,000 बार पार कर चुके हैं ।



हमारी आकाशगंगा TM के विशाल और बिखरे हुए प्रभामंडल के अंदर स्थित है, इसलिए TM को सौर मंडल के अंदर प्रवाहित होना चाहिए। लेकिन इसका घनत्व बेहद कम है, इसलिए स्थानीय रूप से इसका पता लगाना बहुत मुश्किल है।

दूसरे शब्दों में, TM सौर प्रणाली में होना चाहिए, और बाहरी ग्रहों की गति को प्रभावित नहीं करेगा, आंतरिक ग्रहों की चाल की तरह, क्योंकि सूर्य में केंद्रित एक द्रव्यमान की मात्रा और ग्रह की दूरी में एक त्रिज्या में स्थित है। आपको इस सवाल में दिलचस्पी हो सकती है कि क्या कई निकायों की सहभागिता, अर्थात्, TM, ग्रह और सूर्य, TM की अतिरिक्त मात्रा पर कब्जा कर सकते हैं। यह एक दिलचस्प समस्या है, और मैंने लगभग 10 साल पहले इस विषय पर एक काम लिखा था। मेरे सहयोगियों और मैंने पाया कि टीएम का घनत्व बहुत बढ़ सकता है, लेकिन केवल तभी जब आप इस बात को ध्यान में नहीं रखते हैं कि कब्जा किया हुआ द्रव्यमान, जिसे वापस फेंकने की संभावना है। लेकिन इस तरह की वृद्धि के साथ, 4.5 बिलियन वर्षों के बाद टीएम का अधिकतम द्रव्यमान (ग्राफ पर मैजेंटा) अभी भी सभी मनाया सीमाओं से काफी नीचे है।



हमारे सौर मंडल (नीला) के विभिन्न त्रिज्या के ग्रहों की कक्षाओं के भीतर गैलेक्टिक एचएम की संख्या, और एचएम की कुल संख्या जिसे सौर प्रणाली के पूरे जीवन पर कब्जा कर लिया जाना चाहिए था, इसके उत्सर्जन को वापस लेने के बिना, साथ ही 2013 के काम से ली गई सबसे अच्छी सीमा। टीएम की अधिकतम संख्या के अनुसार, जो, सिद्धांत रूप में, हमारे साथ हो सकता है। हम अभी तक इसकी उपलब्धता की जांच करने के अवसर पर नहीं पहुंचे हैं।

हमारे सौर मंडल में, वास्तव में टीएम है, और इसके चारों ओर पदार्थ के अन्य सभी कणों पर इसका वास्तविक प्रभाव होना चाहिए। यदि सामान्य और गहरे पदार्थ के कणों के बीच क्रॉस-इंटरैक्शन होता है, तो प्रत्यक्ष पहचान प्रयोगों में, इसका पृथ्वी पर सीधे पता लगाना संभव है। और यदि नहीं, तो सौर प्रणाली से गुजरने वाले टीएम के गुरुत्वाकर्षण प्रभाव, दोनों पर कब्जा कर लिया गया और गुरुत्वाकर्षण के मुक्त होने से, ग्रहों की कक्षाओं को प्रभावित करना चाहिए। लेकिन जब तक हमारे माप पर्याप्त रूप से सटीक नहीं हैं, तब तक यह गुरुत्वाकर्षण प्रभाव किसी भी प्रत्यक्ष पहचान के लिए पर्याप्त नहीं होगा। अब तक, हमें अंतरिक्ष-समय पर टीएम के प्रभाव का निरीक्षण करने के लिए सौर प्रणाली के बाहर ब्रह्मांड को देखना होगा।