Exotische Theorien der Dunklen Materie. Wenn Sie ein Fan der großartigsten Dinge im Universum sind, dann ist dieser Artikel genau das Richtige für Sie.
Die meisten Inhalte unseres Universums haben eine Form, die der Physik völlig unbekannt ist. Das ist nur eine rohe Tatsache, an die wir uns alle gewöhnen müssen. Wenn Sie versucht sind zu glauben, dass es nur eine Art istkosmologisch Problem, ein Problem, das nur auf der größten Skala auftritt, dann habe ich schlechte Nachrichten für Sie. Eine dieser mysteriösen Komponenten des Kosmos ist - soweit wir das beurteilen können - eine Form von Materie.
Aber nicht irgendeine Form von Materie, sonst hätten wir sie inzwischen gesehen. Nein, wir denken, es ist eine Artdunkel Angelegenheit; Materie, die einfach nicht mit Licht interagiert. Keine Emission. Keine Absorption. Keine Streuung. Nichts. Und die Tatsache, dass dunkle Materie existiert, sollte es nicht seinDas überraschend, sollte es? Immerhin, wer hat das alles im Universum diktiertMuss mit Licht interagieren?
Niemand hat es getan, und so sind wir hier. Wenn Sie sich eine zufällige Galaxie ansehen, machen die Dinge, die aufleuchten - Sterne, Nebel usw. - nur einen kleinen Bruchteil der Gesamtmasse in dieser Galaxie aus. Das genaue Verhältnis zwischen „normaler“ Materie und dem dunklen Material hängt von vielen Faktoren ab, wie der Entstehungsgeschichte der Galaxie. Aber je kleiner die Galaxie ist, desto mehr wird sie im Allgemeinen von dunkler Materie dominiert.
Die kleinsten Galaxien, die als Zwerggalaxien bekannt sind, könnten ein praktisches Labor für die Untersuchung der Dunklen Materie darstellen. In diesen Galaxien kann dunkle Materie das tun, was dunkle Materie ohne diese lästige lichtwechselwirkende Materie tut, um die Dinge wirklich zu komplizieren. Wenn dunkle Materie etwas Seltsames tut (na ja, seltsamer als nur existent), wie über die schwache Kernkraft mit sich selbst interagiert oder aus mehreren Arten exotischer Teilchen besteht, dann werden sich alle Effekte in einer Zwerggalaxie stärker ausdrücken als so etwas Die Milchstraße.
Das ist alles großartig und gut, bis auf die kleine Einschränkung, dass all diese interessanten Physiken unter der Haube stattfinden, aber es für uns schwer ist, sie zu sehen. Weil es dunkel ist.
Eines der vielen Dinge, die wir über dunkle Materie nicht verstehen, ist das Verhalten in den Kernen von Galaxien. Einfache Simulationen der Galaxienentwicklung sagen etwas voraus, das als „Höcker“ bezeichnet wird - eine harte Nuss von unglaublich hoher Dichte, die im ansonsten cremigen Zentrum einer Galaxie sitzt. Beobachtungen lassen dies jedoch nicht erkennen: Es sollte viele Sterne geben, die dem Gravitationseinfluss all dieser dunklen Materie folgen. Und es gibt sicher viele Sterne im Zentrum einer Galaxie, aber nichtDas viele.
Etwas muss die zentrale dunkle Materie glätten. Es könnten exotische Wechselwirkungen in der dunklen Materie selbst sein. Es könnte weltlichere Ursachen sein, wie Supernovae-Winde, die das Gas ausstoßen. Es könnte beides sein oder beides nicht.
Astronomen sind sehr, sehr interessiert an den Kernen von Galaxien und insbesondere an Zwerggalaxien, weil sie dort möglicherweise viel über dunkle Materie lernen können. Und trotz ihrer komplizierten, chaotischen Physik brauchen wir immer noch Sterne und Gas, um die Zwerggalaxien zu beobachten, zu untersuchen und zu untersuchen, in der Hoffnung, dass wir das Verhalten der zugrunde liegenden dunklen Materie verfolgen können. Aber Zwerggalaxien sind weit weg, dunkel und klein - und ihre Kerne umso mehr.
Wie könnten wir möglicherweise in sie hineinschauen?
Zum Glück haben Galaxien mehr als hervorragende Bürger. Sie haben auch schwarze Löcher. Riesige supermassive in ihren Kernen und Millionen kleinerer in ihnen schwebend. Und die Tatsache, dass sich riesige Schwarze Löcher in den Kernen ihrer Wirtsgalaxien versammeln, könnte nützlich sein. Wenn wir also das Verhalten der Schwarzen Löcher in Zwerggalaxien irgendwie untersuchen könnten, könnten wir vielleicht Hinweise auf die Natur der Dunklen Materie erhalten.
Schwarze Löcher sind aber auch schwarz und schwer zu sehen. Und Klein. Und weit weg. Zum Glück müssen wir keine schwarzen Löcher sehen - wir können sie hören.
Wenn schwarze Löcher kollidieren, beben sie und verzerren den Stoff der Raumzeit so sehr, dass sie Wellen verursachen, wie Wellen, die sich von einem schweren Stein ausbreiten, der ins Wasser gefallen ist. Diese Schwerkraftwellen breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit im gesamten Raum aus und dehnen sich beim Vorwaschen leicht aus und drücken alle dazwischenliegenden Stoffe zusammen. Tatsächlich wird Ihr Körper, während Sie dies lesen, wie ein Stück Kitt von den unzähligen Gravitationswellen, die durch die Erde fließen, gezogen und gedrückt.
Diese Schwerkraftwellen sind wahnsinnig schwer zu erkennen, weshalb die ersten Personen, die sie gemessen haben, einige Nobelpreise für ihre jahrzehntelangen Bemühungen erhielten, störende Lichtstrahlen zur Erfassung des subtilen Signals zu verwenden.
Aber unsere drei Gravitationswellen-Observatorien auf der Erdoberfläche können uns bei unserem Problem des Schwarzen Lochs in der Zwerggalaxie nicht helfen, die Dunkle Materie zu untersuchen. Diese schwarzen Löcher - bekannt alsSchwarze Löcher mittlerer Masse - sind zu klein, um hier in der Milchstraße ein erkennbares Signal zu erzeugen, wenn sie verschmelzen.
Aber ein Gravitationswellenobservatorium im Weltraum könnte. Die vorgeschlagene LISA-Mission (die, wie Sie vielleicht vermutet haben, für eine Laserinterferometer-Weltraumantenne steht) hat möglicherweise die richtige Empfindlichkeit, um das Signal der Verschmelzung mittelgroßer Schwarzer Löcher zu sehen, genau wie die im Herzen von Zwerggalaxien.
Und laut einem neuen Artikel, der kürzlich vom Astrophysical Journal Letters unter der Leitung von Tomas Tomfal von der Universität Zürich angenommen wurde, können verschiedene Modelle der Dunklen Materie (und ihre möglichen Wechselwirkungen mit der normalen lichtliebenden Art von Materie) beeinflussen, wie oft und wie schnell Die schwarzen Löcher in Zwerggalaxien verschmelzen, was LISA möglicherweise auseinander nehmen kann.
Es ist ein Umweg zum Verständnis der Dunklen Materie, aber bei einem so ärgerlichen Problem ist es vielversprechend.
Lesen Sie mehr: „Bildung von LISA-Schwarzloch-Binärdateien in verschmelzenden Zwerggalaxien: der Abdruck der Dunklen Materie“
