Untuk mengetahui perkara yang gelap, anda perlu melihat pusat Galaxy • Maria Kirsanova • Berita sains mengenai "Unsur" • Astronomi

Untuk mengesan perkara gelap, seseorang mesti memerhatikan pusat galaksi.

Rajah. 1. Perkara gelap di sekitar galaksi mungkin koleksi koleksi pelbagai saiz dan jisim (saiz minimum dan jisim yang diambil hari ini dalam pengiraan – dari 120 parsec dan 1712 massa Matahari, masing-masing, beratus-ratus ribu kali). Di tengah-tengah gambar adalah bekuan yang paling besar secara langsung mengelilingi galaksi. Clots kelihatan bercahaya, tetapi ini hanya warna tiruan yang digunakan untuk memvisualisasikan hasilnya; pada hakikatnya, tiada radiasi dari benda gelap yang misterius dijumpai. Angka ini dibuat mengikut hasil perhitungan pada superkomputer dalam rangka proyek Aquarius. Imej dari www.mpa-garching.mpg.de/aquarius

Kumpulan gabungan ahli fizik Eropah (sebagai sebahagian daripada Projek Aquarius, Projek Aquarius) memperoleh perkiraan kemungkinan kecerahan radiasi gamma yang timbul daripada penghapusan zarah benda gelap di galaksi kita. Para saintis mencadangkan bahawa radiasi yang bertaburan dari halo gelap Galaxy akan menjadi lebih cerah daripada banyak tandan yang berwarna gelap. Hasil kerja ini diterbitkan dalam jurnal terkini. Alam.

Sudah tentu, perkara gelap tidak bersinar dalam kelihatan, atau dalam pelbagai spektrum yang lain. Walau apa pun, ini belum ditemui.Sifat gelap – bentuk di mana sebahagian besar perkara dalam Alam Semesta terkandung – kekal sebagai misteri kepada ahli fizik selama beberapa dekad. Diyakini bahawa ia mungkin terdiri daripada zarah-zarah alam yang tidak diketahui – wimps (dari bahasa Inggeris, WIMP, Weakly Interactive Massive Particles), di antara yang tidak ada interaksi elektromagnetik: mereka tidak memancarkan foton, dan kita tidak dapat melihat zarah-zarah ini secara langsung. Konsep zarah WIMP menunjukkan bahawa mereka dapat dikesan secara tidak langsung – menurut pemerhatian sinaran gamma, yang terjadi semasa penghapusan zarah dan antipartikel. Oleh kerana tiada siapa yang mengamati zarah dan zat antipartikel gelap, ia tidak boleh dipercayai sama ada ia boleh dihapuskan, oleh itu, pemerhatian dijalankan untuk menguji teori dan andaian.

Para saintis Eropah di bawah pimpinan Volker Springel menggunakan model komputer perkara gelap untuk membentangkan apa data mengenai pengedaran sinaran gamma di ruang angkasa akan menerima ruang teleskop, khususnya teleskop. E. Fermi, Teleskop Angkasa Gamma-ray Fermi (seperti yang baru-baru ini dikenali sebagai teleskop GLAST, Teleskop Ruang Angkasa Besar Gamma-ray). Model komputer yang mereka gunakan diciptakan oleh persatuan saintis "Aquarius" dari Institut Astrofizik.Max Planck di Garching (Jerman) dan Institut Pengkomputeran Kosmologi di Durham (United Kingdom). Persatuan ini menyerap para peserta projek Projek Virgo dan Millenium, yang juga menjalankan simulasi komputer galaksi dan kelompok mereka untuk penyelidikan kosmologi. Keputusan salah satu daripada varian yang dikira dari model ini ditunjukkan dalam rajah. 1.

Kumpulan Springel menggunakan struktur hierarki gumpalan – ukuran purata dan kepekatan mereka yang diperolehi dalam model untuk melakukan penilaian. Mereka mengambil kedudukan abstrak tertentu dalam ruang yang berkaitan dengan setiap kumpulan dalam domain komputasi model, dan mengira kilauan dalam jarak gamma dari sekelompok ini. Para saintis berminat dengan fotonya, yang, mungkin, dilahirkan akibat pemusnahan zarah-zarah dan antipartikel bahan gelap. Secara teorinya, sinaran gamma ini harus mengandungi empat komponen. Yang pertama adalah cahaya yang tersebar dari halo gelap yang terus mengelilingi galaksi (pusat Rajah 1, yang disebut "halo utama"). Yang kedua ialah cahaya menyebar dari tandan saiz yang lebih kecil, sub-halo. Yang ketiga adalah cahaya dari kelompok kecil yang terkandung dalam sub-halo.Dan akhirnya, komponen keempat adalah cahaya tandan kecil yang begitu kecil sehingga tidak mungkin untuk mengambil kira masing-masing secara berasingan dalam model ini, tetapi anda hanya boleh mengambil kira jumlah sumbangan mereka kepada radiasi gamma dari benda gelap.

Rajah. 2 Pengagihan kecerahan radiasi gamma yang dihasilkan oleh penghapusan zarah benda gelap di langit. Pusat gambar sepadan dengan arah ke pusat Galaxy (terletak dalam rasi bintang Sagittarius). Imej itu dibina seolah-olah teleskop daratan atau orbital melihat langit dan melihat radiasi gamma yang berkaitan dengan penghapusan zarah WIMP. Imej dari www.mpa-garching.mpg.de/aquarius

Dalam ara. 2 menunjukkan bahawa kecerahan maksimum radiasi gamma akan dikesan ke arah pusat Galaxy, manakala di seluruh langit hanya puncak kecil individu kecerahan gamma akan dijumpai. Sumbangan bagi setiap empat komponen model ditunjukkan di bawah. Sinaran halo utama, yang terbesar dalam jisim dan saiz, akan diedarkan ke seluruh langit, kecerahannya secara beransur-ansur berkurang dengan jarak dari pusat galaksi (Rajah 3a). Sinaran daripada tandan kecil (komponen kedua dan ketiga), yang biasanya jauh lebih jauh daripada halo dan oleh itu agaksama rata di seluruh langit, ditunjukkan dalam Rajah. 3b. Ia akan kelihatan seperti latar belakang motley tanpa pusat yang jelas. Sinaran dari komponen keempat – tandan terkecil – ditunjukkan dalam rajah. 3c. Ia bahkan kurang terang dan akan memberikan latar belakang seragam.

Rajah. 3 Keempat komponen sinaran gamma yang timbul daripada penghapusan zarah-zarah perkara gelap: a – sinaran halo utama, b – sinaran daripada tandan kecil bahan gelap (latar belakang motley tanpa pusat khusus), dalam – radiasi dari tandan terkecil (latar belakang seragam). Kecerahan semua komponen ditunjukkan dalam unit (relatif) yang sama. Untuk membina imej-imej ini, jarak sebenar antara Matahari dan pusat Galaxy digunakan – 8 ribu parsec. Imej dari www.mpa-garching.mpg.de/aquarius

Keputusan kumpulan Springel juga memungkinkan membuat penilaian kuantitatif sebelum melakukan pemerhatian. Pertama, kecerahan khas radiasi sub-halo relatif kepada latar belakang (dan latar belakang terdiri daripada keempat komponen) tidak akan melebihi 10% nisbah kecerahan halo utama ke latar belakang. Ini bermakna bahawa ia akan menjadi lebih sukar untuk mengesan sub-halos dan ia akan mengambil lebih banyak masa untuk mendapatkan imej berkualiti tinggi mereka. Ia akan lebih sukar untuk mencari tandan kecil.Diasumsikan bahawa jisim sub-halo biasa akan kurang daripada massa satelit galaksi yang diketahui oleh Bima Sakti (contohnya, awan Magellanic). Pada jarak kira-kira 10 detik sudut dari pusat sub-halos biasa, kecerahan mereka akan jatuh dua kali, dan teleskop Fermi tidak akan dapat mengesannya. Radiasi radiasi gamma dari sub-halo dan gumpalan kecil akan menjadi dari sepuluh ribu hingga satu juta kali lebih rendah daripada fluks dari halo utama. Dan semua ini walaupun pada hakikatnya sub-halo terdekat boleh terletak pada jarak hanya beberapa ribu parsec dari pusat Galaxy.

Untuk memastikan kebolehpercayaan keputusan mereka, Springel et al. Anggarkan kecerahan sinaran gamma berdasarkan model komputer beberapa perkara gelap yang mengelilingi Galaxy. Model-model ini mengandungi sejumlah titik simbolik yang berlainan dengan jisim berjumlah jumlah gelap; bagi mereka yang mengandungi mata kurang, adalah mustahil untuk menggambarkan tingkah laku perkara gelap dengan terperinci seperti yang mengandungi lebih banyak mata. Sebaliknya, model yang lebih terperinci, semakin lama ia perlu menunggu superkomputer untuk mengatasi perhitungan (mengikut urutan beberapa minggu).Oleh kerana fakta bahawa pengesahan dan keputusan pelengkap diperolehi dalam model dengan bilangan titik yang berbeza, penulis yakin bahawa teleskop gamma akan melihat dengan tepat apa yang diterangkan dalam artikel.

Sudah tentu, tiada siapa lagi yang pasti mengetahui dengan tepat bagaimana radiasi gamma yang berkaitan dengan perkara gelap seharusnya kelihatan seperti. Jisim zarah WIMP, menurut pandangan umum yang diterima oleh para saintis, sepadan dengan tenaga dari ratusan GeV. Oleh itu, pemerhatian dalam pelbagai spektrum tenaga tinggi ini adalah keutamaan tertinggi bagi mereka yang mempelajari misteri perkara gelap. Selepas data yang berkualiti tinggi diperolehi, saintis akan "menolak" daripada spektrum yang diperolehi sumbangan sumber radiasi gamma yang sudah diketahui, dan selebihnya akan dianalisis untuk bersekutu dengan masalah gelap. Jika radiasi tambahan diedarkan ke langit dengan cara Springer dan kolaboratornya menunjukkan, ini akan menjadi hujah yang memihak kepada hakikat bahawa sinaran itu dikaitkan dengan penghapusan zarah WIMP.

Di hujung bertentangan spektrum elektromagnet, di band radio, diSatu kejiranan dengan diameter 20 darjah di sekitar pusat galaksi telah dijumpai lebihan luar biasa radiasi gelombang mikro pada kekerapan 22 GHz, diperoleh semasa eksperimen WMAP (eksperimen kajian radiasi gelombang mikro kosmik, Wilkinson Microware Anisotropy Probe) – "WMAP Haze" (WMAP-haze) . Spektrumnya kelihatan seperti radiasi synchrotron elektron dan positron-tenaga tinggi, tetapi ia mempunyai frekuensi yang terlalu tinggi (atau, tenaga ekuivalen yang terlalu tinggi) untuk asalnya dijelaskan berdasarkan fenomena yang diketahui ahli astrofizik. Pecutan dalam gelombang kejutan dari supernova, hubungan dengan letupan sinar gamma dan beberapa pilihan lain tidak sesuai.

Dikesan WMAP-haze adalah laluan yang sama yang akan menjadi utama apabila mencari radiasi gamma yang berkaitan dengan masalah gelap. Jumlah sinaran pelindung synchrotron dalam julat gelombang mikro, radiasi zarah yang dikenakan dalam spektrum yang berterusan (sinaran bebas bebas yang tidak dikaitkan dengan peralihan elektron di antara paras atom), pelepasan habuk dan, akhirnya, latar gelombang mikro kosmik harus menghasilkan imej yang diperoleh oleh WMAP, tetapi ia mengandungi bayangkan komponen tambahan, penjelasan yang masih belum tersedia.Prosedur "penolakan" dalam rentang gamma akan sama: semua sumber radiasi yang diketahui dalam julat gamma (contohnya, sisa-sisa letupan supernova, sinaran dari cakera pertambahan di sekitar lubang hitam supermasif) mesti, dalam kesilapan, menghasilkan imej yang akan diperoleh dengan teleskop kepada mereka. Fermi, jika sumbangan yang berkaitan dengan perkara gelap, tidak.

Dan dalam eksperimen PAMELA, mendaftarkan partikel sinar kosmik dan, khususnya, mengkaji aliran antipartikel (positron, antiproton) dalam julat tenaga yang luas, nisbah yang tidak diduga tinggi dari jumlah positron kepada elektron pada tenaga yang tinggi didapati. Lebihan antipartikel ini juga boleh dikaitkan dengan sumbangan daripada penghapusan zarah-zarah perkara gelap. Dan dalam isu ini teleskop mereka. Fermi juga boleh membawa kejelasan, kerana penghapusan zarah-zarah materi gelap harus memberi bukan sahaja positrons, tetapi juga gamma quanta.

Jadi, walaupun perkara gelap belum ditemui, komuniti ahli fizik dan ahli astronomi telah membentuk pendapat bahawa zaman penemuan sifat bahan gelap bermula tepat pada zaman kita. Pandangan ini dikaitkan dengan pentauliahan Large Hadron Collider dan pelancaran ruang angkasa NASA seterusnya – mereka. Fermi.Kepekaan teleskop ini (iaitu keupayaan untuk mengambil isyarat yang lemah) dan resolusi sudut (keupayaan untuk membezakan objek jauh dan kecil) dalam julat dari 20 MeV hingga 300 GeV sepatutnya membolehkan para astronom mengesan radiasi gamma yang menyusuli pemusnahan zarah-zarah materi gelap dan membuat penemuan saintifik yang hebat.

Rajah. 4 Imej langit dalam rentang gamma, diperoleh berdasarkan data pemerhatian dari teleskop. Fermi. Sekiranya sumbangan tidak langsung bahan gelap kepada radiasi ini dikesan, maka, mengikut keputusan kumpulan Springel, sumbangan ini harus dilihat seperti yang ditunjukkan dalam Rajah. 2. Imej diambil dari arkib teleskop. Fermi. Di tengah-tengah imej – arah pusat galaksi. Imej langit dalam sinar gamma yang diambil oleh teleskop lain dan selang frekuensi lain boleh dilihat di sini.

Survei awal langit "Fermi" telah dijalankan, hasilnya ditunjukkan dalam Rajah. 4. Saya harus mengatakan bahawa satelit ini hanya mengambil masa 4 hari, walaupun pada teleskop gamma EGRET sebelum ini semakan seperti ini diperlukan sepanjang tahun pemerhatian. Jadi para saintis pin harapan besar pada Fermi.

Sumber: V. Springel, S. D. M. White, C. S. Frenk, J. F. Navarro, A. Jenkins, M. Vogelsberger, J. Wang, A.Ludlow, A. Helmi. Prospek untuk mengesan perkara gelap supersymmetric dalam halo Galactic // Alam. V. 456. P. 73-76 (6 November 2008).

Maria Kirsanova


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: