Teori bahan gelap eksotik. Sekiranya anda peminat semua perkara paling hebat di alam semesta, maka artikel ini sesuai untuk anda.
Sebilangan besar kandungan alam semesta kita adalah dalam bentuk yang tidak diketahui oleh fizik. Itu hanya fakta mentah yang harus kita semua terbiasa. Sekiranya anda tergoda untuk berfikir bahawa itu adalah semacamkosmologi masalah, masalah yang hanya timbul pada skala yang paling besar, maka saya mempunyai berita buruk untuk anda. Salah satu komponen misterius untuk kosmos adalah - sejauh yang kita tahu - bentuk jirim.
Tetapi bukan apa-apa bentuk perkara, sebaliknya kita sudah dapat melihatnya sekarang. Tidak, kami rasa ia semacamgelap perkara; perkara yang tidak berinteraksi dengan cahaya. Tiada pelepasan. Tiada penyerapan. Tidak berselerak. Tidak ada. Hakikat bahawa perkara gelap wujud tidak seharusnyaitu mengejutkan, mesti? Lagipun, siapa yang menentukan bahawa semua yang ada di alam semestamesti berinteraksi dengan cahaya?
Tidak ada yang melakukannya, dan begitulah kita. Sekiranya anda melihat galaksi rawak, benda yang menyala - bintang, nebula, dan lain-lain - hanya mewakili sebahagian kecil daripada jumlah jisim di galaksi itu. Nisbah tepat antara perkara "normal" dan perkara gelap bergantung pada banyak faktor, seperti sejarah pembentukan galaksi. Tetapi secara umum, semakin kecil galaksi, semakin banyak ia dikuasai oleh bahan gelap.
Galaksi terkecil, yang dikenali sebagai galaksi kerdil, dapat menyediakan makmal yang berguna untuk mengkaji bahan gelap. Dalam galaksi-galaksi ini, materi gelap bebas melakukan apa yang dilakukan oleh perkara gelap tanpa perkara-perkara yang berinteraksi dengan cahaya yang menjengkelkan itu untuk benar-benar menyulitkan perkara. Sekiranya bahan gelap melakukan sesuatu yang pelik (baik, lebih asing daripada yang ada), seperti berinteraksi dengan dirinya sendiri melalui kekuatan nuklear yang lemah, atau terdiri daripada pelbagai jenis zarah eksotik, maka kesan apa pun akan menjadikan diri mereka lebih jelas di galaksi kerdil daripada seperti Bima Sakti.
Ini semua bagus dan bagus, kecuali untuk peringatan kecil bahawa sementara semua fizik menarik ini berlaku di bawah tenda, sukar bagi kita untuk melihatnya. Kerana gelap.
Satu perkara dari banyak perkara yang tidak kita fahami mengenai perkara gelap adalah bagaimana ia berkelakuan di teras galaksi. Simulasi evolusi galaksi yang sederhana meramalkan sesuatu yang disebut "cusp" - kacang keras dengan ketumpatan yang sangat tinggi yang duduk di pusat galaksi yang berkrim. Tetapi pemerhatian tidak menunjukkan ini: semestinya ada banyak bintang berikutan pengaruh graviti semua perkara gelap itu. Dan pasti ada banyak bintang di tengah galaksi, tetapi tidakitu banyak.
Sesuatu harus melancarkan masalah gelap tengah. Ini mungkin interaksi eksotik dalam perkara gelap itu sendiri. Ini mungkin menjadi sebab biasa seperti angin supernova yang mengeluarkan gas. Ini boleh menjadi keduanya, atau tidak.
Ahli astronomi sangat berminat dengan inti galaksi, dan terutama galaksi kerdil, kerana di sana mereka berpotensi untuk belajar banyak perkara mengenai perkara gelap. Dan walaupun fiziknya rumit dan berantakan, kita masih memerlukan bintang dan gas untuk memerhatikan, menyelidiki, dan mengkaji galaksi kerdil, dengan harapan kita dapat menelusuri tingkah laku perkara gelap yang mendasari. Tetapi galaksi kerdil jauh, redup, dan kecil - dan terasnya lebih-lebih lagi.
Bagaimana mungkin kita mengintip di dalamnya?
Syukurlah galaksi mempunyai lebih banyak daripada warga biasa. Mereka juga mempunyai lubang hitam. Gergasi supermasif raksasa di teras mereka dan berjuta-juta yang lebih kecil melayang di dalamnya. Dan fakta bahawa lubang hitam raksasa cenderung berkumpul di teras galaksi tuan rumah mereka mungkin berguna. Jadi mungkin - bekerjasama dengan saya di sini - jika kita dapat mengkaji tingkah laku lubang hitam di dalam galaksi kerdil, kita mungkin mendapat petunjuk mengenai sifat benda gelap.
Tetapi lubang hitam juga hitam dan sukar dilihat. Dan kecil. Dan jauh. Nasib baik, kita tidak perlu melihat lubang hitam - kita dapat mendengarnya.
Apabila lubang hitam bertembung, mereka gempa dan memutarbelitkan jarak ruang sehingga menyebabkan gelombang, seperti riak yang tersebar dari batu berat yang jatuh ke dalam air. Gelombang graviti ini menyebar ke seluruh angkasa dengan kelajuan cahaya, sedikit meregangkan dan memerah apa-apa perkara yang mengganggu ketika mereka mencucinya. Sebenarnya, tubuh anda, ketika anda membaca ini, ditarik dan ditekan seperti sepotong dempul dari gelombang graviti yang tidak terhitung jumlahnya yang melewati Bumi.
Gelombang graviti ini sangat sukar untuk dikesan, itulah sebabnya orang pertama yang mengukurnya mendapat beberapa hadiah Nobel atas usaha mereka selama puluhan tahun untuk menggunakan sinar cahaya yang mengganggu untuk menangkap isyarat halus.
Tetapi ketiga-tiga pemerhatian gelombang graviti kita di permukaan Bumi tidak dapat membantu kita dengan masalah lubang hitam-dalam-kerdil-galaksi-untuk-kajian-masalah-gelap kita. Lubang hitam itu - dikenali sebagailubang hitam jisim pertengahan - terlalu kecil untuk membuat isyarat yang dapat dikesan di sini di Bima Sakti ketika mereka bergabung.
Tetapi sebuah observatorium gelombang graviti di angkasa boleh. Misi LISA yang dicadangkan (yang bermaksud, seperti yang anda duga, Laser Interferometer Space Antenna) mungkin mempunyai kepekaan yang tepat untuk melihat isyarat penggabungan lubang hitam bersaiz sederhana, seperti yang terdapat di hati galaksi kerdil.
Dan menurut makalah baru yang baru-baru ini diterima oleh Astrophysical Journal Letters yang diketuai oleh Tomas Tomfal dari University of Zurich, model bahan gelap yang berbeza (dan kemungkinan interaksinya dengan perkara biasa yang menyukai cahaya) dapat mempengaruhi seberapa kerap dan seberapa cepat lubang hitam di galaksi kerdil bergabung, yang merupakan sesuatu yang mungkin dapat dipisahkan oleh LISA.
Ini adalah jalan bundar untuk memahami perkara gelap, tetapi dalam masalah yang menjengkelkan seperti ini, ini adalah jalan yang menjanjikan.
Baca lebih lanjut: "Pembentukan Binari Lubang Hitam LISA dalam Penggabungan Galaksi Kerdil: Cetakan Gelap Gelap"
