4 Minuten
Tamsiosios medžiagos paslaptis: ar ji gali sukurti naują dangaus kūnų rūšį?
Jau dešimtmečius tamsioji medžiaga intriguoja astrofizikus visame pasaulyje. Sudaranti maždaug 85 % visos Visatos materijos, ši nematoma medžiaga nei skleidžia, nei sugeria, nei atspindi šviesos, tad tiesiogiai jos aptikti nepavyksta net ir jautriausiems teleskopams. Apie tamsiosios materijos egzistavimą sprendžiama tik pagal jos gravitacinį poveikį galaktikoms bei kosminėms struktūroms, todėl mokslininkai nuolat ieško tiesioginių jos pėdsakų. Dabar mokslinėje bendruomenėje vis labiau keliamas klausimas – ar tamsioji materija gali suformuoti visiškai naują astronominių objektų klasę: vadinamąsias tamsiąsias nykštukes?
Mokslinis kontekstas: rudieji nykštukai ir tamsiosios medžiagos vaidmuo
Rudieji nykštukai užima ypatingą vietą kosminių kūnų klasifikacijoje – jie didesni už dujinius milžinus, tokius kaip Jupiteris, tačiau per maži, kad užsivestų vandenilio sintezė kaip žvaigždėse. Tokie nykštukai yra blankūs, vėsūs ir klaidžioja kosminėje erdvėje. Visgi, D. Britanijos ir JAV mokslininkai pasiūlė hipotezę, kad regionuose, kur tamsiosios medžiagos tankis labai didelis, rudieji nykštukai gali patirti dramatiškų pokyčių.
Tyrėjų darbe teigiama, kad tam tikros tamsiosios materijos rūšys, pavyzdžiui, silpnai sąveikaujančios masyvios dalelės (WIMP), galėtų būti pagautos rudojo nykštuko ir kauptis jo branduolyje. Jeigu šios WIMP dalelės susidurtų tarpusavyje, jos galėtų anihiliuoti ir išskirti energiją. Tai leistų rudajam nykštukui sušvisti ryškiau nei tikėtasi, taip sukuriant naują objektų tipą – tamsiąją nykštukę.
Veikimo mechanizmas: kaip tamsioji medžiaga „įjungia“ tamsiąsias nykštukes
WIMP dalelės yra hipotetinės, jas sunku aptikti, nes jos labai menkai sąveikauja su įprasta materija, išskyrus gravitacinį poveikį, tačiau tarpusavyje gali anihiliuoti. Tokiose vietose kaip galaktikos centras rudieji nykštukai galėtų surinkti didelius WIMP kiekius. Pasak astrofiziko Jeremy Sakstein iš Havajų universiteto: „Šie objektai sukaupia tamsiąsias daleles, ir kuo daugiau jų surenkama, tuo daugiau energijos išsiskiria dėl jų anihiliacijos.“
Skirtingai nei žvaigždės, kurios ilgainiui išnaudoja savo branduolinį kurą, tamsiosios nykštukės galėtų išlikti stabilios milžiniškai ilgą laiką. Energetinė anihiliacija užtikrintų pastovią jų temperatūrą, dydį bei šviesį, todėl kosminiais laiko masteliais jos iš esmės būtų „amžinos“.
Kaip aptikti tamsiąsias nykštukes: ličio-7 „parašas“
Pagrindinis iššūkis – kaip šiuos objektus užfiksuoti. Kaip astronomai galėtų atskirti tamsiąją nykštukę nuo įprastų dangaus kūnų? Pagrindinio įrodymo gali suteikti ličio-7 izotopas: žvaigždžių branduoliuose ši medžiaga sunaikinama aukštoje temperatūroje, tačiau ji išlieka šaltuose ruduosiuose nykštukuose. Astronomai jau dabar naudoja ličio-7 kaip rudojo nykštuko identifikavimo požymį.
Jeigu rudojo nykštuko energiją teiktų tamsiosios medžiagos anihiliacija, toks objektas gali atrodyti didesnis ir šviesesnis net už raudonąsias nykštukines žvaigždes, turinčias panašią masę. Aptikus tokį objektą, kuris švyti kaip raudonasis nykštukas, tačiau turi ličio-7 ženklą, būtų išskirtinis rodiklis tamsiajai nykštukei – o tai reikštų ir tiesioginį tamsiosios materijos aptikimą.
Iššūkiai ir teoriniai apribojimai
Vis dėlto išlieka daug neaiškumų. Kad toks reiškinys vyktų, tamsioji materija turi būti sudaryta būtent iš save sunaikinti gebančių dalelių, tokių kaip WIMP. Jei tamsiosios materijos dalelės būtų, pavyzdžiui, aksionai ar tamsiosios fotonai, anihiliacija ir atitinkamai tamsiosios nykštukės reiškinys galėtų neegzistuoti arba būti neaptinkamas šiuo metodu.
Taip pat neatmetama galimybė, kad gravitaciniai efektai, priskiriami tamsiajai materijai, gali kilti ir dėl dar nežinomų fizikos dėsnių. Dėl to paraleliai būtina taikyti skirtingus tamsiosios medžiagos tyrimų metodus.
Ateities perspektyvos ir stebėjimo strategijos
Kol mokslininkai toliau siekia perprasti tamsiosios materijos paslaptis, tamsiųjų nykštukių paieškos tampa daug žadančia stebėjimų kryptimi. Tyrėjai rekomenduoja daugiau tyrinėti galaktikos centrą bei regionus, kuriuose tamsiosios materijos koncentracija didžiausia. Ieškant anomaliai ryškių, ličiu pasižyminčių subžvaigždinių objektų, galima patikrinti šią hipotezę.
Ateities kosminiai teleskopai ir pažangios spektroskopinės technologijos bus itin svarbios šiai užduočiai. Nepaneigiamas tamsiųjų nykštukių atradimas ne tik įrodytų naują kosminių objektų klasę, bet ir suteiktų tiesioginių duomenų apie tamsiosios materijos prigimtį – vieną didžiausių šiuolaikinio mokslo paslapčių.
Išvada
Tamsiųjų nykštukių hipotezė atveria naują kelią tamsiosios medžiagos paieškose, leisdama pažvelgti į naujus astrofizikos reiškinius už įprastinių žvaigždžių evoliucijos modelių ribų. Nors lieka nemažai teorinių klausimų, novatoriškas cheminių žymių, tokių kaip ličio-7, naudojimas ir tikslingas galaktikos centro stebėjimas gali artimiausiu metu pakeisti mūsų supratimą apie tamsiąją materiją. Nauji stebėjimų duomenys padės atskleisti, ar šios hipotetinės tamsiosios nykštukės iš tikrųjų egzistuoja – ir atvers naują langą į paslaptingiausią mūsų Visatos materiją.
Quelle: doi
Kommentare