Voi fi primul care admite că nu înțelegem materia întunecată. De exemplu, atunci când ne uităm la o galaxie și număram toate bițele strălucitoare ca stelele, gazul și praful, obținem o anumită masă. Atunci când folosim orice altă tehnică pentru a măsura masa, obținem un număr mult mai mare. Deci concluzia firească este că nu toată materia din univers este toată fierbinte și strălucitoare. Poate unii dacă este, știți, întuneric.
Dar țineți-vă. Mai întâi ar trebui să ne verificăm matematica. Suntem siguri că nu greșim doar fizica?
Detalii despre materie întunecată
O piesă majoră din puzzle-ul materiei întunecate (deși cu siguranță nu este singura, iar acest lucru va fi important mai târziu în articol) vine sub forma așa-numitelor curbe de rotație a galaxiei. Pe măsură ce vedem că stelele se rotesc în jurul centrului galaxiilor lor, toate drepturile de la centru ar trebui să se deplaseze mai lent decât cele mai aproape de centru. Acest lucru se datorează faptului că cea mai mare parte a masei galactice este aglomerată în miez, iar stelele cele mai exterioare sunt departe de toate aceste lucruri, iar prin simpla gravitație newtoniană ar trebui să urmeze orbitele lene lente.
Dar ei nu.
În schimb, stelele cele mai exterioare orbitează la fel de repede ca verii lor din oraș.
Întrucât acesta este un joc al gravitației, există doar două opțiuni. Fie greșim gravitate, fie există lucruri invizibile în plus care înmoaie fiecare galaxie. Și, din câte ne putem da seama, primim gravitație foarte, foarte corect (acesta este un alt articol), așa că boom: materia întunecată. Ceva păstrează aceste stele freeweling captivate în galaxiile lor, altfel s-ar fi aruncat ca o mulțime de ani de control fără control; ergo, există o mulțime de lucruri pe care nu le putem vedea direct, dar pe care le putem detecta indirect.
Deveniți grei
Dar dacă nu este doar un joc gravitațional? La urma urmei, există patru forțe fundamentale ale naturii: nucleare puternice, nucleare slabe, gravitație și electromagnetism. Unii dintre ei ajung să joace în acest mare joc galactic?
Nucleele puternice funcționează doar la scările minuscule sub-atomice minuscule, așa că este corect. Și nimănui nu îi pasă de nucleul slab, cu excepția anumitor descompuneri și interacțiuni rare, așa că putem pune asta și la o parte. Și electromagnetismul ... ei bine, evident că radiațiile și câmpurile magnetice joacă un rol în viața galactică, dar radiațiile se împing întotdeauna spre exterior (deci, evident, nu va ajuta la menținerea stelelor cu mișcare rapidă), iar câmpurile magnetice galactice sunt incredibil de slabe (nu mai puternice decât o milionime propriul câmp magnetic al Pământului). Deci ... nu mergeți, nu?
La fel ca în tot ceea ce privește fizica, există o modalitate de izbucnire. Din câte ne putem da seama, fotonul - purtătorul forței electromagnetice în sine - este complet fără masă. Dar observațiile sunt observații și nimic sigur nu este cunoscut în știință, iar estimările actuale plasează masa fotonului la cel mult 2 x 10-24 masa electronului. Intențiile și scopurile forțiale, acesta este practic zero pentru aproape orice le pasă. Dar dacă fotonul faceau masă, chiar sub această limită, poate face unele lucruri destul de amuzante pentru ununivers.
Cu prezența masei în foton, ecuațiile lui Maxwell, modul în care înțelegem electricitatea, magnetismul și radiațiile, iau o formă modificată. Termeni suplimentari apar în matematică și noile interacțiuni se concretizează.
Poți să simți asta?
Noile interacțiuni sunt complicate în mod adecvat și depind de scenariul specific. În cazul galaxiilor, câmpurile lor magnetice slabe încep să simtă ceva special. Din cauza suprapunerii încâlcite și răsucite a câmpurilor magnetice, prezența fotonilor masivi modifică ecuațiile lui Maswell în doar dreptul de a adăuga o nouă forță atractivă care, în unele cazuri, poate fi mai puternică decât gravitatea.
Cu alte cuvinte, noua forță electromagnetică ar putea fi capabilă să mențină stelele cu mișcare rapidă, îndepărtând nevoia de materie întunecată.
Dar nu este ușor. Câmpurile magnetice filează în întregul gaz stelar al galaxiei, nu stelele în sine. Așadar, această forță nu poate trage direct pe stele. În schimb, forța trebuie să-și facă cunoscută atragerea și, într-un fel, gazul trebuie să anunțe stelele că există un nou oraș cu șerife.
În cazul unor stele masive, de scurtă durată, acest lucru este destul de simplu. Gazul în sine bate în jurul nucleului galactic la viteză maximă, formează o stea, stea trăiește, stea moare, iar rămășițele revin la a fi suficient de rapid încât, pentru toate intențiile și scopurile, acele stele imită mișcarea gazului, dând noi curbele de rotație de care avem nevoie.
Mare necaz în stelele mici
Dar stelele mici, de lungă durată, sunt o altă fiară. Se decuplează de gazul care le-a format și își trăiesc propriile vieți, orbitând în jurul centrului galactic de multe ori înainte de a expira. Și, întrucât nu simt ciudata forță electromagnetică nouă, ar trebui să se abată de la galaxiile lor cu totul, pentru că nimic nu îi ține sub control.
Într-adevăr, dacă acest scenariu ar fi corect și fotonsensiunea masivă ar putea înlocui materia întunecată, propriul nostru soare nu ar trebui să fie acolo unde este astăzi.
Ba mai mult, avem motive foarte bune să credem că fotonii sunt într-adevăr fără masă. Sigur, ecuațiile lui Maxwell ar putea să nu le intereseze foarte mult, dar relativitatea specială și teoria cuantică a câmpurilor sunt sigure. Începi să încurci cu masa fotonului și ai multe explicații de făcut, domnule.
În plus, doar pentru că toată lumea adoră curbele de rotație ale galaxiei nu înseamnă că acestea sunt singura noastră rută către materia întunecată. Observațiile în grupuri de galaxie, obiectivarea gravitațională, creșterea structurii în univers și chiar fundalul cu microunde cosmic indică o direcție a unui fel de component invizibil către universul nostru.
Chiar dacă fotonul a avut masă și a fost cumva capabil să explice mișcările toate stele dintr-o galaxie, nu doar cele masive, nu ar putea explica o mulțime de alte observații (de exemplu, cum ar putea o nouă forță electromagnetică să explice încovoierea gravitațională a luminii în jurul unui grup de galaxii? Nu este o întrebare retorică - nu se poate). Cu alte cuvinte, chiar și într-un cosmos plin cu fotoni masivi, tot am avea nevoie de materia întunecată.
Puteți citi articolul jurnalului aici.
