A sötét anyag szóródása előfordulhat a megfelelő rezonancia mellett a kis galaxisokban

A sötét anyag részecskék csak akkor szóródhatnak egymáshoz, ha a megfelelő energiát elérik, mondja a Physical Review Lettersben közzétett új tanulmány. Ez megmagyarázhatja, hogy a különböző méretű galaxisok miért olyan formájúak, mint amilyenek.

A sötét anyag az anyag rejtélyes és ismeretlen formája, amely a mai világegyetemben az anyag több mint 80% -át tartalmazza - úgy véljük, hogy gravitációs vonzása révén felelős a csillagok és galaxisok kialakításáért, ami a létünkhöz vezet.

Ahogy a cikk szerzője, Hitoshi Murayama, a kaliforniai Berkeley Egyetem professzora és a Kavli Intézet az Egyetemi Vezető Fizikai és Matematikai Intézete szerint mondja: „A sötét anyag valójában anyukánk, aki mindannyiunknak született. De nem találkoztunk vele; valahogy születéskor elválasztottuk egymást. Ki ő? Ez a kérdés, amelyet tudni akarunk. "

A csillagászok megfigyelték, hogy a sötét anyag nem úgy tűnik, hogy nagyon összecsukódik a kis galaxisokban, de sűrűsége élesen meghaladja a nagyobb rendszereket, például a galaxiscsoportokat. Kirakós játék volt, hogy a különböző rendszerek hogyan viselkednek eltérően (Kavli IPMU - Kavli IPMU módosította ezt az ábrát a NASA által jóváhagyott kép alapján, STScI)

A csillagászok már rájöttek, hogy a sötét anyag nem úgy összecsapódik, amennyire a számítógépes szimulációk azt sugallják. Ha a gravitáció az egyetlen erő, amely a sötét anyagot mozgatja, csak húzza és soha nem nyomja, akkor a sötét anyagnak nagyon sűrűvé kell válnia a galaxisok központja felé. Ugyanakkor bizonyos esetekben - különösen a törpe-gömböknek nevezett kis, halvány galaxisokban - a sötét anyag nem tűnik olyan sűrűvé, mint ahogyan azt várhatnánk központjuk felé.

Ezt a rejtvényt meg lehet oldani, ha a sötét anyag szétszóródik egymással, mint például biliárdgolyók, lehetővé téve számukra, hogy az ütközés után egyenletesebben terjedjenek.

Ennek az ötletnek az egyik problémája az, hogy a sötét anyag valószínűleg összekapcsolódik nagyobb rendszerekben, például a galaxiscsoportokban. Mi okozza a sötét anyag eltérő viselkedését a törpe gömbök és a galaxiscsoportok között? A japán, német és osztrák intézetek kutatóinak nemzetközi csapata kifejlesztett egy magyarázatot, amely megoldhatja ezt a rejtvényt, és végül felfedheti, mi a sötét anyag.

Kínai fizikus, Xiaoyong Chu, az Osztrák Tudományos Akadémia posztdoktori kutatója elmagyarázza: „Ha a sötét anyag csak kis, de nagyon különleges sebességgel szóródik egymással, akkor ez gyakran fordul elő törpe gömbökben, ahol lassan halad, de ritka galaxiscsoportokban, ahol gyorsan halad. Rezonanciát kell kapnia. ”

A rezonancia gyakori jelenség, amellyel minden nap találkozunk. Például Murayama rámutat, hogy ha több oxigént szeretne kivenni egy pohár borból, hogy több aromát bocsásson ki és lágyítsa az ízét, akkor a megfelelő sebességgel kell kavargatnia. Vagy egy régi analóg rádiónál forgassa el a tárcsát, hogy megtalálja a megfelelő frekvenciát a kedvenc állomásához.

A csapat gyanítja, hogy pontosan ezt csinálja a sötét anyag.

Murayama folytatja: „Tudomásunk szerint ez a puzzle legegyszerűbb magyarázata. Izgatottak vagyunk, mert hamarosan tudjuk, hogy mi a sötét anyag.

Camilo Garcia Cely, kolumbiai kutató, a németországi Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) posztdoktori kutatója azonban rámutatott, hogy a csoport kezdetben nem volt meggyőződve arról, hogy egy ilyen egyszerű ötlet magyarázza az adatokat helyesen.

Cely azt mondja: „Először kissé szkeptikusak voltunk abban, hogy ez az ötlet megmagyarázza a megfigyelési adatokat; de miután kipróbáltuk, úgy viselkedett, mint egy varázsa! ”

A csapat úgy véli, hogy nem véletlen, hogy a sötét anyag elérheti a pontos megjegyzést.

Cely folytatja: „A természetben sok más rendszer is hasonló baleseteket mutat: a csillagokban az alfa-részecskék a berillium rezonanciáját sújtják, amely viszont megérinti a szén rezonanciáját, és így előállítja azokat az építőelemeket, amelyek életre keltek a Földön. Hasonló eljárás történik a phi nevű szubatomi részecskéknél is. ”

Chu folytatja: „Az is jele lehet, hogy világunk több dimenzióval rendelkezik, mint látjuk. Ha egy részecske további méretekben mozog, akkor van energiája.

„Nekünk, akik nem látják az extra dimenziót, azt gondoljuk, hogy az energia valójában tömeg, Einstein E = mc2-nek köszönhetően. Talán egy részecske kétszer olyan gyorsan mozog egy extra dimenzióban, tömegét pontosan kétszer annyival növelve, mint a sötét anyag tömegét. ”

A csapat következő lépése olyan megfigyelési adatok megtalálása lesz, amelyek alátámasztják az elméletüket.

Murayama azt mondja: "Ha ez igaz, akkor a különféle galaxisok jövőbeni és részletesebb megfigyelése felfedi, hogy a sötét anyag szóródása valóban függ annak sebességétől."

Ő egy különálló nemzetközi csoport vezetése, amely pontosan ezt kívánja megtenni az építés alatt álló Prime Focus Spectrograph segítségével. A 80 millió dolláros műszert a Subaru teleszkópra szerelik fel a Hawaii Big Island szigetén, a Mauna Kea tetején, amely képes lesz mérni ezer csillag sebességét törpe gömbökben.

Eredeti kutatás Fizikai Felülvizsgálati Levelek: https://journals.aps.org/prl/abtrakt/10.1103/PhysRevLett.122.071103

Eredetileg a sciscomedia.co.uk oldalon, 2019. február 28-án tették közzé.