Может оказаться, что неуловимое вещество не состоит из каких-либо новых частиц.
Когда 11 февраля 2016 года спикер проекта аЛИГО (Усовершенствованный лазерный интерферометрический наблюдатель гравитационных волн) объявил об обнаружении гравитационных волн, я был поражен.
Конечно, мы ожидали, что aLIGO в какой-то момент даст нам что-то интересное, но думали о предварительных результатах.
Мы верили, что проект после сложных и трудных расчетов в течение нескольких месяцев даст нам какой-то слабый сигнал, слегка возвышающийся над шумом.
Но нет, графики, показанные в тот роковой февральский день, были настолько ясными и однозначными, что не требовалось ничего доказывать.
Своими глазами я мог видеть форму волны, которую невозможно было спутать ни с чем другим – это было слияние двух черных дыр, в результате которого в окружающее пространство-время были отправлены гравитационные волны.
И это было еще не все.
Черных дыр, увиденных aLIGO, вообще не должно было существовать.
Мы знаем о существовании черных дыр с массами от миллиона до триллионов масс Солнца, и мы видели небольшие черные дыры с массами, сравнимыми с массами Солнца.
Но масса черных дыр, увиденных aLIGO, была в 30-60 раз больше Солнца.
Некоторые мои коллеги утверждают, что черные дыры среднего размера, открытые aLIGO, могут быть той самой темной материей, которую скрывали от нас почти 50 лет. Это не первый раз, когда ученые предполагают, что черные дыры могут быть темной материей, но мы думали, что такая возможность окончательно исключена.
Возрождение этой идеи — еще один пример богатого творчества, возникающего в результате нового открытия.
Идеи, вышедшие из моды, могут вернуться в моду, если посмотреть на них в новом свете и с энтузиазмом – и даже заменить общепринятые точки зрения.
Возвращение к открытиям также объединяет, казалось бы, разрозненные области исследований (в нашем случае темную материю и гравитационные волны) и приводит к плодотворным связям.
В 1970-х годах Стивен Хокинг и его аспирант Бернард Карр выдвинули теорию, что море крошечных существ могло возникнуть из хаоса, последовавшего за Большим взрывом.
Со временем они могли вырасти и стать основой формирования галактик.
Они могли бы даже внести свой вклад в общий энергетический бюджет Вселенной.
Черные дыры тяжелы и их трудно увидеть — именно эти свойства нам нужны, чтобы объяснить недостающую материю во Вселенной.
На протяжении нескольких десятилетий ее развивали преданные сторонники этой идеи.
В 1990-е годы ей был нанесен, казалось бы, смертельный удар.
В эксперименте МАЧО Ученые направили телескоп на Большое Магелланово Облако в поисках легкого мерцания, которое указывало бы на то, что перед звездой прошла черная дыра.
Они обнаружили, что было бы очень сложно собрать достаточно черных дыр, чтобы отнести к ним всю темную материю во Вселенной.
Позже Тимоти Брандт из Института перспективных исследований в Принстоне изучал влияние, которое черные дыры оказывают на плотные скопления звезд, известные как шаровые скопления, живущие в карликовых галактиках, скрывающихся в пустоте вокруг Млечного Пути.
Он показал, что если бы черных дыр было в избытке, эти скопления нагрелись бы, раздулись и быстро погибли.
Подставив конкретные значения для конкретного кластера в файл ? Карликовая галактика Ридан II, ему удалось показать, что лишь небольшая часть темной материи может существовать в виде черных дыр.
В связи с этим идея о черных дырах, действующих как темная материя, превратилась в еще одну экзотическую идею, с которой любят играть теоретики, но без реальной поддержки в природе.
А поиски темной материи сосредоточились на слабо взаимодействующих массивных частицах.
слабак .
Это фундаментальные частицы, реликты древнейших времен, когда фундаментальные взаимодействия в природе были едины и вели себя совершенно иначе, чем сейчас.
Для многих моих коллег открытие вимпов неизбежно, они должны существовать.
Как только мы построим достаточно большой и мощный инструмент, то, по мнению большинства космологов, мы неизбежно увидим эти странные частицы.
Но этого не происходит. Со временем наши детекторы стали мощнее и крупнее, но они ничего не нашли.
В недавнем эксперименте ЛЮКС В поисках редких частиц, которые оставляют свою энергию в полутонне жидкого ксенона, захороненного на глубине километра под землей в Лиде, Южная Дакота, не удалось продемонстрировать доказательства существования ранее невиданных частиц.
Ричард Гайтскел из Университета Брауна, один из создателей LUX, сказал: «Было бы замечательно, если бы улучшенная чувствительность позволила нам увидеть четкий сигнал от темной материи.
Однако то, что мы наблюдаем, соответствует лишь фону».
Учитывая отчаянное положение WIMP, имеет смысл вспомнить некоторые старые, умозрительные, отброшенные идеи.
Две недавние статьи, одна под руководством Симеона Бёрда из Университета Джонса Хопкинса, а другая Мисао Сасаки из Университета Юкава в Токио, сделали именно это.
Воодушевленные открытием aLIGO, они изучали вопрос о том, могут ли черные дыры с массой в несколько десятков солнечных масс быть темной материей.
В Млечном Пути будет 10 миллиардов таких дыр, и самая близкая из них может находиться в световых годах от нашей Солнечной системы.
Некоторые из них должны были образовывать бинарные системы, а некоторые из этих систем могли быть обнаружены с помощью aLIGO. Обе команды согласны с тем, что aLIGO должен обнаруживать от нескольких до нескольких десятков таких событий в год, и они должны перевесить другие черные дыры, созданные таким образом, такие как коллапс звезд. Другими словами, если эти черные дыры представляют собой галактическую темную материю, мы можем ожидать, что их увидит aLIGO. И он их увидел.
Дьявол кроется в деталях.
Как должны были появиться доисторические черные дыры, до сих пор остается открытым вопросом.
Одна из идей состоит в том, что они возникли в течение короткого периода ускоренного расширения ранней Вселенной, во время инфляции.
Удары и вибрации того периода должны были сконцентрировать энергию в плотных шарах, что привело бы к образованию черных дыр.
Чтобы мы могли их обнаружить, эти дыры должны подойти достаточно близко, чтобы слиться и испустить гравитационные волны.
Как и когда это произойдет, зависит от формы Млечного Пути, плотности массы и скорости черных дыр.
Разумные предположения дают многообещающий ответ, но это всего лишь предположения.
Это лишь первые шаги в этой области после эйфории от открытия aLIGO, и случиться может все что угодно.
Ограничения эксперимента MACHO и физики шаровых скоплений противодействуют этой идее, но какая-то гениальная мысль могла бы решить все наблюдательные проблемы.
Открытие aLIGO напоминает мне об еще одной трансформации, свидетелем которой я стал в своей карьере.
В 1991 году спутник КОБЕ впервые измерил волны космического микроволнового фонового излучения, оставшиеся после Большого взрыва.
Разочаровывающие и почти донкихотские поиски этого излучения продолжались более 25 лет и почти достигли захолустья космологии.
Сама космология казалась эзотерической и трудно поддающейся описанию наукой, расплывчатой, хотя и очень интересной и творческой темой.
Но когда излучение было наконец обнаружено, оно породило лавину идей не только для астрономии, но и для физики элементарных частиц.
На протяжении десятилетий мы пытались связать фундаментальные законы природы, которые управляли ранней Вселенной, с тем, как галактики возникли, эволюционировали и сформировали крупномасштабные структуры, видимые сегодня.
Открытие COBE поставило меня на путь, по которому я иду по сей день, и я могу представить, что LIGO сделает то же самое для нового поколения физиков в их поисках темной материи.
Теги: #астрономия #Популярная наука #физика #черные дыры #гравитационные волны #лиго #темная материя
-
Женщина Заблудилась В Собственном Доме
19 Oct, 24 -
Альтернатива Dropcopy
19 Oct, 24
