FoodPro Preloader

Stol på indirekte bevisbrennstoff Mørk materie tviler


Det meste av saken i universet mangler fortsatt i aksjon - i det minste har det lenge vært det vanlige kosmologiske paradigmet. Nå utfordrer imidlertid en liten men vokal gruppe av kosmologer de mørke materiebegrepene til den allment aksepterte kosmologiske modellen, som innebærer at universet består av omtrent 70 prosent mørk energi, 25 prosent mørk materie og bare 5 prosent normal (eller baryonisk) sak. Mørk

Det meste av saken i universet mangler fortsatt i aksjon - i det minste har det lenge vært det vanlige kosmologiske paradigmet.
Nå utfordrer imidlertid en liten men vokal gruppe av kosmologer de mørke materiebegrepene til den allment aksepterte kosmologiske modellen, som innebærer at universet består av omtrent 70 prosent mørk energi, 25 prosent mørk materie og bare 5 prosent normal (eller baryonisk) sak. Mørk materie, uansett det, utøver en gravitasjonstrekk, men samhandler bare med vanlig materie svært svakt, om ikke i det hele tatt, utover det. Lys ser ut til å ha ingen effekt på mørkt materiale - derav navnet.
Bevis på det mørke materieets innflytelse på kosmos strekker seg tilbake til 1930-tallet og har bare blitt sterkere de siste årene. NASAs banebrytende kosmologi-satellitt, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, har i løpet av tiåret siden lanseringen levert en robust indirekte gjenkjenning av mørk materie fotavtrykk på det gamle ekko av lys kjent som den kosmiske mikrobølgebakgrunnen. Og mørke saks effekter er også avledet i gravitasjonsinteraksjoner rundt klynger av galakser, så vel som rundt enkelte galakser selv.
Men de mørke stoffene i seg selv har ennå ikke blitt oppdaget, enten direkte, i partikkelfysikklaboratorier som en ny subatomisk partikkel, via neutrino-teleskoper som også opererer i det subatomære riket, eller med konkrete tegn på slik skjult materiale ved hjelp av teleskoper som opererer i det elektromagnetiske spektret. Noen astrofysikere er håpfulle at Fermi Gamma-Ray Space Telescope vil levere bekreftende, hvis det fortsatt er noe indirekte, bevis for gjensidig forintetgjørelse av mørke materiepartikler i galaksen.
"Mørk materie kommer til grunn fordi folk utvilsomt finner massedifferanser i galakser og klynger av galakser, " sier Mordehai Milgrom, en astrofysiker ved Weizmann institutt for naturvitenskap i Rehovot, Israel.
Stjerner på selve kanter av spiralgalaksier roterer for eksempel mye raskere enn det kan forklares av Newtonian gravity alene; bildet gir kun mening hvis astrofysikere enten endrer tyngdekraften selv eller påkaller ekstra tyngdekraft akselerasjon på grunn av en ukjent kilde til masse som mørk materie.
"Massen av synlig materie faller veldig kort for det som trengs for å ta hensyn til tyngdekraften vist av disse systemene, sier Milgrom. "Den vanlige antar det skyldes tilstedeværelsen av mørkt materiale, mens andre, som meg, tror at tyngdekraften må endres."
Milgroms tvil om mørk materie har lenge holdt ham på kanten av profesjonelle astronomiske sirkler. Men som Rutgers University astronom Jerry Sellwood notater, "folk begynner å tenke at vi burde ha funnet noen uavhengige bevis for mørkt materie, og det har ikke skjedd."
Det er uten tvil stort sett et resultat av det faktum at mørkt materie er teoretisert for å samhandle minimalt med vanlig sak. Men noen observasjonskampanjer har ikke sett effekten av mørk materie der det forventes å eksistere. Teorien forutser at spiralgalakser, inkludert vår egen Melkevei, er innhyllet av massive mørke materiehalver som gir galaksen sin manglende masse. Men Milky Way sin egen mørke materiehalo har dessuten ikke blitt oppdaget, selv indirekte. Dens formodede eksistens er hovedsakelig utledet av de uregelmessige rotasjonene av satellittgalaksjer som Magellanic Clouds, som omkretser Melkeveien for fort for å bli forklart av vanlig tyngdekraft alene.
Mer nylig har det også vært spådommer om en disk av mørk materie som ville ligge i det galaktiske flyet, samtidig som det roterer med Melkeveien. Men i en analyse av bevegelsene på rundt 300 stjerner som ligger minst 6000 lysår utover det galaktiske planet, konkluderte Christian Moni Bidin, en astronom ved Universitetet i Concepción i Chile, og hans kolleger at det ikke er "noe tvingende bevis" for en slik mørk disk. Gitt usikkerhet i sin egen analyse, men de anerkjenner at en slik disk eksistens ikke kan utelukkes helt.
Moni Bidin, ledende forfatter på et papir som beskriver funnet i november 20-utgaven av The Astrophysical Journal Letters, sier at man alltid kan konkludere med at mørkt materiale slippe deteksjon fordi det har eksotisk natur eller uventede egenskaper. "Men ikke å oppdage det i indirekte kinematiske målinger som vår, " sier han, "å finne en utvei er vanskeligere."
En annen dynamisk komplikasjon kommer fra det såkalte Tully-Fisher-forholdet, som beskriver forholdet mellom en galakseens lysstyrke og dens rotasjonshastighet: Jo høyere lysstyrke, jo raskere en galakse roterer.
De målte rotasjonshastighetene i utkanten av en spiralgalakse, sier Milgrom, avhenger av "en meget streng måte bare på den totale synlige massen av galaksen." Men hvis teorien om mørk materie er riktig, bør stjernens hastighet som roterer på utkanten av galaksen også avhenge av formen på galakseens mørke materiehalo.
"Dark matter halos skal være klumpete, underoppblåste fotballformer, ikke sfæriske, " sier Stacy McGaugh, en astronom ved University of Maryland, College Park. "Statistisk betyr det at vi bør se mange [forskjellige galaktiske rotasjon] hastigheter for samme lysstyrke. Vi gjør det ikke."
I stedet sier McGaugh, den "baryonale halen som er den mørke saken hunden." Med andre ord, astronomer kan forutsi akkurat hva de galaktiske rotasjonskurver vil være fra en gitt galakse's stjernedistribusjon. McGaugh hevder at hvis mørkt materiale er dominerende, bør observatørene ikke kunne forutsi galaktiske rotasjonskurver ved det de ser i normal lysende materiale.
"Fordi hver mørk materiehalo skal være unik, bør du se mye variasjon i rotasjonskurver for den samme galaksen, " sier han. "Du forventer ikke den type uniformitet vi ser i hundrevis av galaktiske rotasjonskurver."
Selv om mørke sager reiser spørsmål om slike store galaktiske skalaer, er partikkelfysikere håper at det vil bli oppdaget i laboratoriet. Hvis mørke partikler i sola, for eksempel, gjennomgår selvforintetgjørelse, kan slike utslettingshendelser skape høy-energi nøytriner som potensielt kan påvises med jordbaserte neutrino teleskoper.
Deretter er det detektorer, som Xenon100-eksperimentet på Italias nasjonale laboratorium i Gran Sasso, bygget for å registrere direkte treff fra partikkelformet mørkt materiale. Xenon100 er designet for å søke etter den mest favoriserte mørke materielle partikkelkandidaten - den svakt samvirkende massive partikkelen (WIMP) - ved å se etter tegn på at en WIMP har tilbaketrukket seg fra et atom i en tank med flytende xenon. En nylig analyse av en 11-dagers observasjonsrunde i 2009 klarte imidlertid ikke å identifisere slike mørke partikler, noe som tviler på to konkurrerende gruppers krav på mulige mørke materielle signaler.
Et problem ved å lage slike detekteringer er usikkerheten om mørk materie dens tetthet i det lokale universet, sier Chris Mihos, en astrofysiker ved Case Western Reserve University. "Finnes ikke det mørke materielle partikkelet, " undrer han, "eller er vi bare uheldig når det gjelder den lokale mørke materie tettheten?"
Aktuelle direkte deteksjonsscenarier inkluderer potensielle mørke partikkelpartikler med masser mellom 1 og 1000 ganger massen av et proton og med interaksjon "tverrsnitt" omtrent en trillionth av størrelsen på et nøytron.
Etter hver ikke-deteksjon, forteller McGaugh, teoretikere omdefinere interaksjonstverrsnittet av WIMPs kontinuerlig til sikkert uoppdagbare nivåer. Denne typen adferd, legger han til, kan danne et uendelig lekeskap mellom eksperimentelle fysikere og teoretikere, slik at de kan fortsette sin virksomhet som vanlig uten noen gang å revidere deres kosmologi.
"Det er mye feilplassert sikkerhet i den mørke materie-modellen - en følelse av at det ikke er" om "vi direkte oppdager mørk materie, men når, " sier Mihos.
Eller, som McGaugh setter det: "Når du overbeviser deg selv om at universet er fullt av en usynlig substans som bare samhandler med vanlig materie gjennom tyngdekraften, er det nesten umulig å disabuse deg selv av det forestillingen. Det er alltid en måte å vri ut av noen observasjon. "

Forskere til EPA: Risikoen for kjemikalier som endrer mannlige hormoner, bør analyseres sammenKan et tall løse klimaendringene?Hvorfor du bør gi opp (noen) kontroll av termostaten dinGjelder den foreslåtte loven om beskyttelse mot husholdningsbrensel en forbruk på forbrukerne?Kutter Loom for amerikansk vitenskapKina Sacks Plastic BagsGjennomsiktighet lovet for vitenskapens mest misbrukte og mest villige metriskeEn matematisk guide til verdens mest levende byer