Apakah bahan gelap yang dibuat? Ini adalah salah satu persoalan astronomi moden yang paling membingungkan. Kita tahu bahawa benda gelap ada di luar sana, kerana kita dapat melihat pengaruh gravitiinya yang jelas pada segalanya, dari galaksi hingga evolusi seluruh alam semesta, tetapi kita tidak tahu apa itu adalah. Dugaan terbaik kami adalah bahawa ia adalah jenis zarah baru yang pelik yang tidak suka bercakap dengan perkara biasa (jika tidak, kita sudah dapat melihatnya sekarang). Satu kemungkinan ialah zarah hipotetis eksotik yang dikenali sebagai paksi, dan sekumpulan ahli astronomi tidak menggunakan lubang hitam untuk cuba melihat makhluk kosmik baru yang pelik ini.
Agenda Axion
Saya akan jujur dengan anda, kami tidak tahu adakah paksi ada. Mereka diciptakan untuk menjelaskan teka-teki dalam fizik tenaga tinggi. Terdapat jenis simetri tertentu di mana jika anda melakukan interaksi rawak yang melibatkan banyak zarah subatom dan mematikan cas elektrik setiap orang untuk tanda bertentangan, dan juga menjalankan proses di cermin, anda akan mendapat hasil yang sama. Ini dikenali sebagai simetri caj dan pariti, atau pendek-simetri CP.
Simetri ini berlaku di mana-mana di alam, kecuali jika tidak, seperti halnya kekuatan nuklear yang lemah, yang mampu melanggar simetri ini setiap kali terasa seperti itu.
Teka-teki adalah bahawa oleh semua hak, kekuatan nuklear yang kuat harus melanggar ini juga. Terdapat istilah dalam matematik yang sangat jelas mematahkan simetri CP, namun kami tidak melihat tanda-tanda simetri pecah dengan kekuatan nuklear yang kuat dalam sebarang eksperimen kami. Oleh itu, sesuatu mesti berlaku untuk memulihkan simetri ini apabila ia mesti dihancurkan.
Jawapannya - atau sekurang-kurangnya satu jawapan yang berpotensi - adalah jenis zarah baru yang disebut aksion. Aksion mengembalikan keseimbangan tertentu dalam kekuatan (ya, saya menyedari rujukan Star Wars di sini) supaya simetri CP terpelihara dan semua orang dapat menjalani kehidupan seharian mereka. Sudah tentu percubaan setakat ini tidak secara langsung mengungkap keberadaan paksi, dan ada sebilangan besar kemungkinan massa dan sifat yang dapat dimiliki paksi itu.
Dalam jarak jisim dan sifat paksi yang mungkin dibenarkan, sesuatu yang luar biasa berlaku. Sekiranya kita ingin mengisi alam semesta dengan materi gelap, benda gelap itu mesti mempunyai sifat-sifat tertentu. Ia juga tidak dapat berinteraksi dengan perkara biasa dan juga tidak dapat berinteraksi dengan perkara biasa Juga, perlu ada banyak, dan perlu sangat stabil dan tahan lama. Ternyata sebilangan kemungkinan sifat paksi memungkinkan zarah hipotetis itu menjadi calon bagi perkara gelap.
Paksi Gelap
Sekiranya kita membiarkan aksinya menjadi perkara gelap, secara amnya dapat menjelaskan semua pemerhatian bahan gelap yang biasa. Ia dapat menjelaskan keluk putaran di dalam galaksi. Ia dapat menjelaskan pergerakan galaksi dalam kelompok galaksi. Ia dapat dihasilkan dengan cukup banyak di Alam Semesta awal agar sesuai dengan pengamatan latar belakang gelombang mikro kosmik. Dan sebagainya.
Terlebih lagi, paksi di teras galaksi dapat berkumpul cukup rapat untuk membentuk satu bola besar yang pada mulanya kelihatan seperti lubang hitam supermasif. Ia akan kecil, tidak akan berinteraksi dengan cahaya, dan akan sangat besar. Walaupun pemerhatian baru-baru ini dari Event Horizon Telescope memberi kita gambaran literal tentang lubang hitam raksasa di galaksi lain, itu tidak semestinya menolak bahawa inti aksion ini masih bersembunyi di kedalaman galaksi di seluruh Alam Semesta. Dan dengan inti paksi yang mungkin ini, kita mungkin dapat mengendalikan sifat mereka.
Lubang Hitam adalah Kunci
Selain Teleskop Horizon Acara, kami tidak mempunyai pemerhatian langsung mengenai lubang hitam supermasif. Kita hanya dapat melihat bahan yang berpusing dan mengelilinginya. Dan dari sifat bahan itu kita dapat menganggarkan ukuran dan jisim lubang hitam. Dengan teknik-teknik ini, selama beberapa dekad kami menemui hubungan yang sangat pelik: galaksi yang lebih besar menempatkan lubang hitam yang lebih besar di pusat mereka. Hubungan ini sebenarnya agak erat dan memberitahu bahawa lubang hitam entah bagaimana bersama dengan galaksi inang mereka.
Tetapi seperti yang saya katakan, kita tidak dapat melihat lubang hitam secara langsung. Jadi mereka sama sekali bukan lubang hitam. Mereka mungkin inti aksion yang bersembunyi di pusat galaksi tersebut. Sekiranya ini berlaku, bukan lubang hitam yang berkembang bersama galaksi inangnya, tetapi inti aksion berkembang bersama galaksi inang mereka. Semakin besar galaksi, semakin banyak bahan gelap aksion yang dapat ditampungnya, dan semakin besar inti paksi di tengahnya.
Ini bermaksud kita dapat menggunakan hubungan antara objek gelap tengah (sama ada lubang hitam atau teras aksion) dan galaksi itu sendiri untuk mengekang sifat paksi. Ini berfungsi kerana jika anda mula bermain dengan jisim partikel aksion, maka ini mempengaruhi seberapa mudah anda dapat menggumpal membentuk inti, yang akan mengubah hubungan dengan galaksi host.
Pasukan ahli astronomi baru-baru ini menggunakan hubungan antara lubang hitam dan galaksi untuk melakukan ini, dan dapat meletakkan beberapa had atas pada jisim zarah aksion, yang akan membantu memandu eksperimen masa depan dan carian langsung. Adakah aksion bertanggungjawab untuk jirim gelap di alam semesta? Mudah-mudahan suatu hari nanti kita dapat menerangkan keadaannya.
Baca lebih lanjut: "Inti paksi - jisim halo dan hubungan massa lubang hitam - halo: kekangan pada beberapa skala parsec"
