Somon Yo'liga eng yaqin joylashgan galaktikaning A ajoyib galaktikasining kompozitsion ko'rinishi. Ushbu galaktikaning atrofida 16 ta sun'iy yo'ldosh galaktikasi o'lchangan, ulardan 14 tasi aylanuvchi tekislikda yotib, sovuq qorong'i materiya simulyatsiyasining soddaligini kutmagan. Tasvir krediti: ESO / WFI (Optik); MPIfR / ESO / APEX / A. Weiss va boshq. (Submillimetre); NASA / CXC / CfA / R.Kraft va boshqalar. (Rentgen).

Sun'iy yo'ldosh galaktikalari qorong'i materiya bashoratlarini inkor etib, xuddi ularning samolyotlarida yashaydi

Ammo bu haqiqatan ham nazariya uchun muammo emasmi? Yoki bu fizika qutqarish uchunmi?

Qorong'i materiya zamonaviy fizikada eng kuchli, ammo eng ziddiyatli fikrlardan biridir. Biz koinotda mavjud bo'lgan proton, neytron va elektrondan tashkil topgan normal materiya o'z-o'zidan tortishish effektining to'liq to'plamini tushuntirib bera olmasligi haqidagi shubhasiz dalillarni ko'rmoqdamiz. Muayyan xususiyatlarga ega bo'lgan qo'shimcha massa manbasini, ya'ni qorong'u materiyani qo'shish gravitatsiya bo'yicha barcha bashoratlarni biz ko'rgan narsaga mos keladi. Qorong'i materiyalarning bashoratlaridan biri shundaki, kichkina, mitti, sun'iy yo'ldosh galaktikalari katta galaktikalar atrofida katta halqa shaklida shakllanishi kerak. Somon yo'li, Andromeda va endi Centaurus A atrofida ular halo emas, aksincha diskda yashaydilar. So'nggi izlanishni olib borgan tadqiqotchilar, bu sovuq qorong'u materiya (CDM) kosmologiyasining standart manzarasi uchun katta qiyinchilik ekanligini ta'kidlamoqda. Ammo shundaymi? Buni bilish chuqur qarashni talab qiladi.

Olamni batafsil ko'rib chiqish shuni ko'rsatadiki, u materiyaga qarshi emas, materiyadan yaratilgan, qorong'u materiya va qorong'u energiya talab qilinadi va biz bu sirlarning qaysi biri kelib chiqishi haqida bilmaymiz. Tasvir krediti: Kris Bleyk va Sem Murfild.

Sizda har doimgidek sodda, zarur bo'lgan nazariya mavjud bo'lsa, ko'pgina muammolarni hal qiladi, ammo ularning asosiy bashorati faqat bilvosita aniqlanishi mumkin bo'lsa, ularda nayzaylar bo'lishi shart. Masalan, kosmik inflyatsiya bizning Koinotimizning kelib chiqishini tushuntiradi, ammo bugungi kunda faqat uning qolgan ta'sirini ko'rish mumkin. Qorong'u energiya koinotning jadal kengayishini juda yaxshi tushuntiradi, ammo uning asl sababini tekshirishning hech qanday usuli yo'q. Va qorong'u materiya, asabiy ravishda, individual galaktikalar dinamikasidan tortib to katta hajmdagi kosmik to'rgacha Katta portlashning chaplashidagi tebranishgacha bo'lgan kosmologik kuzatuvlarning to'liq to'plamini ochib beradi. Ammo hech kim hech qachon qorong'u zarrachani aniqlay olmagan. Ehtimol, hech kim hatto yaqinlashmaydi. Shunday bo'lsa-da, bu qorong'u materiya haqiqiy emas degani emas; bu bizning tahlillarimizda juda ehtiyot bo'lishimiz kerakligini anglatadi.

Modellar va simulyatsiyalarga ko'ra, barcha galaktikalar zichligi galaktik markazlarida eng yuqori bo'lgan qora materiya halosiga joylashtirilishi kerak. Shu bilan birga, juda ko'p miqdordagi sub-halo to'plamlari mavjud bo'lishi kutilmoqda, ular ichida miniatyurali galaktikalar yashiringan. Ularning tarqalishi diskka o'xshash emas, balki halolga o'xshash bo'lishi kerak. Tasvir krediti: NASA, ESA va T. Braun va J. Tumlinson (STScI).

Sun'iy yo'ldosh galaktikasining muammosi chinakam tanglikdir, chunki bu erda ko'plab fizikalar aralashgan. Qorong'i modellashtirishni ishlatsangiz, bu universal xususiyat bo'lib, vaqt o'tishi bilan siz bugungi kunda biz bilgan katta spiral va elliptik galaktikalarga mos keladigan, birlashtiradigan qorong'u materiyaning katta halolarini hosil qilasiz. Ammo ularni o'rab turganlar kichikroq sub-halolar bo'lib, ular simulyatsiyalarda, kattaroq galaktikaning barcha yo'nalishlarida paydo bo'ladi. Amalda, aslida biz ko'rgan kichik, yo'ldoshli galaktikalar samolyotda ko'rinadi: asosiy galaktikaning diskida joylashgan xuddi shu orbital tekislik.

Centaurus A galaktikasining atrofidagi orbitadan topilgan mitti galaktikalar galaktika tekisligiga aniq yo'nalishni ko'rsatmoqda, bu esa CDM nazariyalarini tushuntirishda qiyinchilik tug'diradi. Tasvir krediti: O. Myuller va boshqalar, Fan 359, 6375 (2018).

Bundan tashqari, ushbu mitti galaktikalar ham tasodifiy harakatlarni namoyish etadi, deb o'ylash soddaligi bilan, biz kuzatganimizdek, bu yo'ldoshlar asosiy galaktikaning o'zi bilan birga aylanayotganligi haqida dalillar mavjud. Bu birinchi Somon yo'li va Andromeda uchun topilgan va yangi tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, Centaurus A uchun ham, aniqlangan 16 ta sun'iy yo'ldosh galaktikalaridan 14tasi markaziy galaktika bilan birga aylanadigan ko'rinadi.

Yoki biron bir narsa bu halollarni yashirmoqda, simulyatsiyalarda biron bir narsa noto'g'ri yoki qorong'u materiya bilan to'liq hisobga olinmaydi. Keling, har bir imkoniyatni ko'rib chiqaylik.

Faqatgina Segue 1 va Segue 3 mitti galaktikalaridagi 600 000 Quyoshning tortishish massasi bor, taxminan 1000 ta yulduz mavjud. Segue 1 mitti sun'iy yo'ldoshini tashkil etuvchi yulduzlar bu erda aylanmoqda. Tasvir krediti: Marla Geha va Kek rasadxonalari.

1.) Bu haloslar haqiqiydir, ammo diskdan tashqari mitti sun'iy yo'ldoshlarni ko'rish juda qiyin. Yo'qolgan sun'iy yo'ldosh muammosi kosmologiyada uzoq vaqtdan beri mavjud bo'lgan muammodir, chunki CDM simulyatsiyasi uzoq vaqt davomida biz aniqlaganimizdan kattaroq katta galaktikalar atrofida ko'proq mitti galaktikalarni ko'rsatdi. So'nggi paytlarda juda ko'p sonli, juda zaif mitti galaktikalar topildi, asosan. Ular Somon Yo'lida topilgan va hatto yuz minglab quyosh massalaridagi qora materiya massalariga qaramay yuzlab yulduzlarni o'z ichiga olgan ochiq yulduz klasterlaridan ham qo'rqishadi. Biroq, bu yo'nalish yo'nalishi muammosini to'liq tushuntira olmaydi, chunki samolyot chindan ham u kabi ko'rinadi.

Bundan tashqari, bu mittilar yashirin bo'lishi kerakligi haqidagi dalil faqat Somon Yo'liga taalluqlidir, chunki faqat uning samolyoti yo'ldoshlarni to'sib qo'yishi mumkin. Centaurus A va Andromeda sun'iy yo'ldoshlarining kuzatuvi bu dam olishga imkon berganga o'xshaydi. Uzoq vaqt oralig'ida kuzatilgan barcha samolyotlar dinamik ravishda barqaror ekanligi to'g'risida bahs-munozaralar mavjud, ammo kichkina va yo'qolgan mittilar kutilmagan planar hizalanishini tushuntirishi mumkin emas.

Illustris hajmi bo'yicha z = 0 bo'lgan katta miqyosda proektsiyalash, eng massiv klasterga, chuqurligi 15 Mpc / soat. Gaz zichligiga (o'ngda) o'tadigan quyuq materiyaning zichligini (chapda) ko'rsatadi. Olamning keng ko'lamli tuzilishini qorong'u materiyasiz tushuntirib bo'lmaydi, ammo tortishish kuchi bo'yicha ko'pgina o'zgartirishlar mavjud. Kichikroq hajmdagi tuzilmalar ko'pincha qorong'u modellashtirish uchun muammolar tug'diradi. Tasvir krediti: Illustris hamkorlik / Illustris simulyatsiyasi.

2.) Yo'ldoshlarning halo-o'xshash taqsimlanishini bashorat qiladigan simulyatsiyalar noto'g'ri. Bu juda jiddiy qabul qilinishi kerak bo'lgan tushuntirish. Galaktik evolyutsiyada juda katta miqdordagi jarayonlar mavjud, ularning kattaroqlarini hosil qilish uchun kichik galaktikalarning birlashishi, bu galaktikalarga materiya kirib kelishi va kosmik filamentlar bo'ylab qorong'u va normal materiyaning oqishi. Ma'lumki, bu filamentlar milliardlab yillar davomida kichik galaktikalarni kattaroq magistrallarga tutashtirib, galaktik magistral sifatida ishlaydi. Bundan tashqari, yulduz shakllanishidan kelib chiqadigan teskari effektlar mavjud va gaz, plazma va nurlanishning o'zaro ta'siri standart CDM simulyatsiyalarida yaxshi hisobga olinmaydigan rol o'ynashi mumkin. Galo shunga o'xshash tarqalish, boshqa barcha jismoniy ta'sirlarni hisobga olganda, umumiy xususiyat bo'lmasligi mumkin.

Ko'rinib turgan yorug'likda ko'rinib turganidek, Centaurus A galaktikasi diskka asoslangan va elliptik galaktikaning aralashmasiga o'xshaydi. Uni aylantiruvchi sun'iy yo'ldoshlarning kuzatuvlari, qay tarzda qayerda bo'lmasligingizdan qat'iy nazar, an'anaviy SRM tushuntirishini talab qiladi. Tasvir krediti: Christian Wolf & SkyMapper Team / Avstraliya milliy universiteti.

3.) Qorong'i materiya g'oyasi bilan nimadir noto'g'ri. Ammo yuqorida sanab o'tilgan jismoniy ta'sirlarning nisbiy ahamiyati juda qizg'in. Yangi hujjat mualliflarining ta'kidlashicha: "Biz [Centaurus] yo'ldoshlarining kinematikasi tasodifan ro'y bermaydi deb hisoblasak-da, bu darhol (sovuq qorong'u materiyadan kelib chiqadigan bashorat bilan rozi ekanligi to'g'risida xulosa chiqarishimizga imkon bermaydi). kosmologiya. ” Eng zamonaviy simulyatsiyalar Centaurus A, Somon yo'li va Andromeda kabi galaktikalar atrofida kuzatilgan narsalarni takrorlay olmaydi va hozirgi mualliflar ta'kidlashicha, bu keskinlik qorong'u materiyani izohlash uchun alternativa bo'ladi. Mualliflar tomonidan tavsiya etilganidek, ushbu sun'iy yo'ldoshlar ikki taqqoslanadigan o'lchamdagi galaktikalar o'rtasidagi tarixiy birlashuv natijasida paydo bo'lishi mumkin. Bu, shuningdek, juda munozarali, ammo qiziq, ehtimol.

Galaktikaning birlashishi odatiy holdir va vaqt o'tishi bilan gravitatsion bog'langan barcha galaktikalar guruhlar va klasterlar oxir-oqibat har bir bog'langan strukturaning markazida bitta galaktikaga birlashadi. Katta birlashishlar yuz berganda, natija ko'pincha yirik elliptikdir, ammo mitti sun'iy yo'ldosh galaktikalari nima bo'lishini hech kim aniq bilmaydi. Tasvir krediti: A. Gai-Yam / Weizmann Inst. ilmiy / ESA / NASA.

Har bir istiqbolda buni tasdiqlash uchun ba'zi bir dalillar mavjud, ammo barchaning halo shaklidagi tarqalishini bashorat qilish juda aniq, ammo eng kichik yo'ldoshlar Olam bizga beradigan narsa emas. Hozir uchta Somon yo'li, Andromeda va Centaurus A uchta katta galaktikalar uchun kuzatuv dalillari shuni ko'rsatadiki, mitti sun'iy yo'ldosh galaktikalari bu kattaroqlarni o'rab turgan tekislikda paydo bo'ladi. Bundan tashqari, bu mitti galaktikalar katta galaktikaning aylanishi bilan birga harakatlanayotganiga dalillar mavjud. Ammo, yaqin atrofdagi olamni ko'rsangiz, o'ynashda muhim omil bor: bu galaktikalarda ham normal, ham qorong'i materiyaning oqimi mavjud. Agar materiyaning ushbu galaktikalarga tushishi uchun ustuvor yo'nalish mavjud bo'lsa, ular bilan bog'langan mitti yo'ldoshlar uchun imtiyozli yo'nalish bo'lishi kerak.

Rasmda hozirgi galaktikalar oqimi ko'rsatilgan - kosmik super magistral va Virgo ko'prigi bo'ylab Somon yo'li, Andromeda va Centaurus A. atrofidagi mintaqa. Tasvir krediti:

2015 yilda Noam Libeskind boshchiligidagi guruh ushbu aniq ta'sirni aniqladi. "Bu birinchi marta biz katta filamentli super magistrallar mitti galaktikalarni kosmos bo'ylab zulmat materiyaning ajoyib ko'priklari bo'ylab yo'naltirayotganini tasdiqlovchi guvohlikdir", deb aytdi o'sha paytda Libeskind. Endi, qariyb uch yildan so'ng, rasm yanada aniqroq ma'lumotlar bilan tasdiqlandi. Qorong'i materiyaning ushbu yangi tadqiqotga qaraganda ko'proq yoki kamroq ehtimoli borligi haqida qo'shimcha ko'rsatmalar yo'q. Shunga qaramay, ushbu hozirgi jamoa CDMga nisbatan shubha bilan qaraydi va samolyot yo'ldoshlarining paydo bo'lishi uchun yirik qo'shilish kabi alternativ tushuntirishlarni izlashga moyil.

To'qnashuvda galaktika klasterlarining to'rtta to'plami, ular qorong'u moddani ko'rsatuvchi rentgen nurlari (pushti) va tortishish (ko'k) o'rtasidagi farqni ko'rsatadi. Katta o'lchamlarda CDM zarur, ammo kichik miqyoslarda u biz xohlaganimiz kabi muvaffaqiyatli emas. Tasvir krediti: rentgenografiya: NASA / CXC / UVic. / A.Mahdavi va boshqalar. Optik / optikasi: CFHT / UV. / A. Mahdavi va boshq. (yuqori chap); X-ray: NASA / CXC / UCDavis / W.Dawson va boshqalar; Optik: NASA / STScI / UCDavis / W.Dawson va boshqalar. (yuqori o'ngda); ESA / XMM-Nyuton / F. Gastaldello (INAF / IASF, Milano, Italiya) / CFHTLS (pastki chapda); X-nurlari: NASA, ESA, CXC, M. Bradak (Kaliforniya universiteti, Santa Barbara) va S. Allen (Stenford universiteti) (pastki o'ngda).

Irvine, Kaliforniya universitetining tadqiqot hammuallifi Marsel Palovski bilan suhbatda u quyidagilarni aytib berdi.

“Katta o'lchovlarda [CDM] haqiqatan ham muvaffaqiyatli. O'ylaymanki, umuman olganda, biz yondashuvlarimiz turlicha bo'lishi kerak. O'z navbatida, MOND kichik miqyosdagi dinamikani bashorat qilishda juda muvaffaqiyatli. Ikkalasining ham muvaffaqiyatini birlashtirgan imkoniyatlardan juda mamnunman. Supero'tkazuvchi qorong'i materiya - bu qiziqarli imkoniyatlardan biri bo'lib, u sizga qorong'i materiyaning keng ko'lamli yutuqlarini beradi, shuningdek kichik o'lchovlarda MOND effektini yaratadi. O'ylaymanki, biz bu imkoniyatlarni yanada o'rganib chiqishimiz kerak. Men hech narsadan voz kechishimiz kerak deb o'ylamayman, ammo menimcha, maydon ushbu alternativ yondashuvlarga amal qilishi kerak. "

Ammo, dastlabki olam emas, balki og'ir elementlar yulduzlarda yaratilganligi Katta portlashni bekor qilmaganligi kabi, ikkita raqobatdosh ikkala nuqtai nazar ham to'g'ri bo'lishi mumkin. Ehtimol, bariyonik, galaktikani yaratuvchi materiya galaktikalarga filamentli yo'llar orqali oqib o'tishi mumkin, CDM olamning keng ko'lamli tuzilishi va xususiyatlari uchun mas'uldir, shuningdek, bu mitti sun'iy yo'ldoshlar bashoratlardan emas, balki asosiy birlashmalardan kelib chiqishi mumkin. CDM Agar shunday bo'lsa, biz «chayqaluvchi» galaktikalarni qorong'u materiya emas, balki barionlar boshqarishini to'liq kutgan bo'lar edik. Qizig'i shundaki, mitti sun'iy yo'ldosh galaktikalari aralashuvni namoyish etadi: ba'zi hollarda natijalar CDM halolarini bashorat qilish bilan mos keladi, boshqalarida esa CDM bashoratlari qora materiya massasini haddan tashqari oshirib yuboradigan ko'rinadi. Kuzatuvlarning to'liq to'plamini hisobga oladigan yagona model bizdan hali ham beparvo.

Somon yo'li va Andromeda galaktikalarining birlashishini simulyatsiya qilishdan farq qiladi. Bu kabi yirik qo'shilish sodir bo'lganda, katta miqdordagi axlat yig'ilib, normal materiya ustun bo'lgan sun'iy yo'ldosh galaktikalari vujudga kelishi mumkin. Tasvir krediti: NASA, ESA, Z. Levay, R. van der Marel, T. Xallas va A. Mellinger.

Xo'sh, kim to'g'ri? Qorong'u materiya / nurlanish / normal moddaning o'zaro ta'siri, yulduz shakllanishi bo'yicha aloqa, tezlikning mahalliy o'ziga xos ta'siri va boshqalar kabi qo'shimcha dinamikalarda simulyatsiyalar yaxshilangani sayin, ular kuzatishlar bilan yanada mos keladi, ammo baribir mukammal va aniq emas. Boshqa tomondan, qorong'i materiyaning alternativalari kosmik to'rni, kosmik mikroto'lqinli fonni yoki galaktika klasterlarining to'qnashuv dinamikasini ko'paytirishga urinishda hali ham bir xil muvaffaqiyatsizlikka uchraydi. Biroq, CDM uchun chekish qurolining dalillari yo'q bo'lganda, ochiq fikrni saqlash muhim, shuningdek, bu qorong'u materiya haqida emas, balki galaktika evolyutsiyasi va birlashishi haqida ko'proq ma'lumot berishi mumkinligini unutmang. Maykl Boylan-Kolchinning ta'kidlashicha: "Natijalar [sovuq qorong'u materiya] modelidagi galaktika paydo bo'lishini yaxshiroq tushunishga yoki uning asosiy taxminlarini rad etishga olib kelishi mumkin."

Uning barcha muvaffaqiyatlarida to'liq muvaffaqiyat tufayli qorong'u materiya bu erda qolishi kerak, hech bo'lmaganda hozircha. Biroq, galaktikalarning shakllanishi va evolyutsiyasi, ayniqsa kichikroq va kichikroq miqyosda, yillar davomida hal qilinmagan ko'plab jumboqlarga ega bo'lgan tadqiqotning faol sohasi bo'lib qoladi.

Portlash bilan boshlanadi, endi Forbesda va Patreon tarafdorlari tufayli O'rta nashrda qayta nashr etiladi. Ethan "Galaktikadan tashqari" va "Treknologiya" nomli ikkita kitobning muallifi: Tricorders dan Warp Drive-ga qadar Star Trek haqidagi fan.