Әлемдегі қараңғы заттар мен қараңғы энергия. 5. Қара зат

Әлемдегі қараңғы заттар және қараңғы энергия

Валерий Анатольевич Рубаков,
Ядролық зерттеулер институты, РҒА, Мәскеу, Ресей

Дәрістің презентациясы (pdf, 2 Mb)

Бейнені жүктеу (avi): 1 бөлім (180 МБ), 2 бөлім (210 МБ), 3 бөлім (250 МБ)

  • 1. Кіріспе
  • 2. Ғаламды кеңейту
  • 3. Өткен ғаламшар
  • 4. Әлемдегі энергияның балансы
  • 5. Қара зат
  • 6. Қара энергия
  • 7. Қорытынды

5. Қара зат

Қараңғы материя кәдімгі заттарға байланысты, яғни ол кеуектерге (галактиканың, галактиканың немесе галактиканың өлшемдері туралы) жинауға қабілетті және қарапайым заттар секілді гравитациялық өзара әрекеттерге қатысады. Сірә, ол Жердің жағдайында ашық емес жаңа бөлшектерден тұрады.

Сурет. 6 Гравитациялық линзалау

Космологиялық деректерге қоса, галактикалар мен галактикалардағы гравитациялық өрістердің өлшемдері қараңғы заттардың болуын қолдайды. Галактикалардың кластерлерінде гравитациялық өрісті өлшеудің бірнеше жолы бар, олардың біреуі гравитациялық линзалау болып табылады. күріш 6.

Кластердің гравитациялық өрісі кластердің артынан галактика шығаратын жарық сәулелерін баяулатады, яғни гравитациялық өріс линза ретінде әрекет етеді.Алайда, кейде бұл қашықтағы галактиканың бірнеше бейнесі бар; Суреттің сол жақ жартысында. 6 олар көк түсті. Жарықтың қисаюы кластердегі массалық үлестірімге, оның массасы қандай бөлшектерге тәуелділігіне байланысты. Осылайша қалпына келтірілген массалық үлестірім күріштің оң жақ жартысында көрсетілген. 6 көк; көруге болады, ол жарық бөлуге байланысты өте ерекшеленеді. Осындай жолмен өлшенген галактик кластерлерінің массасы қара материя Әлемдегі энергияның жалпы тығыздығының 25% -на жуықтайды. Естеріңізге сала кетейік, бұл сандар құрылымдардың қалыптасу теориясын (галактикалар, кластерлер) байқаумен салыстыру арқылы алынады.

Сурет. 7

Галактикаларда қара зат бар. Бұл гравитациялық өрістің өлшемдерінен, қазір галактикалардан және олардың айналасынан шыққан. Гравитациялық өріс неғұрлым күшті болса, галактиканың айналасында жылдамырақ жұлдыздар мен газ бұлттары айналады, осылайша галактиканың орталығына дейінгі қашықтыққа байланысты айналу жылдамдығының өлшемдері бұқаралық таралуды қалпына келтіруге мүмкіндік береді. Бұл мысалда көрсетілген күріш 7: галактиканың орталығынан қашықтығы айналымның жылдамдығы төмендемейді,ол галактикада, оның жарқын бөлігінен алыс, жарықсыз, қара материя бар екенін көрсетеді. Күннің маңында біздің Галактикамызда қара материяның массасы әдеттегі заттар массасына тең.

Қараңғы заттардың қандай бөлшектері бар? Бұл бөлшектердің басқа, жеңіл бөлшектерге ыдырауы тиіс емес, әйтпесе олар Әлемнің өмірінде ыдыраған еді. Бұл факт табиғатта әрекет ететінін көрсетеді жаңаәлі ашық емес сақтау туралы заңбұл бөлшектердің ыдырауына тыйым салады. Мұнда ұқсастығы электр зарядын консервациялау заңымен: электрон – электр заряды бар ең жеңіл бөлшектер, сондықтан жеңіл бөлшектерге (мысалы, нейтрино және фотонды) ыдыратпайды. Сонымен қатар, қара бөлшектердің бөлшектері біздің затымызбен өте нашар өзара әрекеттеседі, әйтпесе олар жердегі эксперименттерде табылған болар еді. Содан кейін гипотеза өрісін бастайды. Қараңғы материя бөлшектерінің протонға қарағанда 100-1000 есе ауыр екендігі және қарапайым затпен өзара әрекеттесуі нейтриндік өзара әрекеттесу қарқындылығымен салыстыруға болатындығы туралы гипотеза болып табылады.Бұл гипотеза аясында қараңғы заттардың қазіргі тығыздығы қарапайым түсіндіреді: қараңғы материя бөлшектер өте қарқынды туылып, өте ерте кезеңде өте жоғары температура кезінде (шамамен 1015 градустар) және олардың бір бөлігі бүгінгі күнге дейін өмір сүрді. Осы бөліктердің көрсетілген параметрлерімен олардың Әлемдегі қазіргі саны оның дәлме-дәл жетілуіне байланысты болады.

Жақын арада жердегі жағдайларда қараңғы материя бөлшектерінің табылуы күтіле ме? Бүгінде біз осы бөлшектердің табиғатын білмейміз, бұл сұраққа біржола жауап беру мүмкін емес. Алайда, болжам өте оптимистік.

Қараңғы материя бөлшектерін іздеудің бірнеше жолы бар. Олардың бірі болашақ жоғары энергиялы үдеткіштер – коллайдерлерге арналған эксперименттермен байланысты. Егер қара материя бөлшектері протондан 100-1000 есе қарағанда ауыр болса, онда олар жоғары энергияларға арналған коллайдерлерде жылдамдатылған қарапайым бөлшектердің соқтығысуында пайда болады (қазіргі коллайдтарда қол жеткен энергия жеткіліксіз). Бұл жерде тікелей перспективалар Женеваның жанындағы CERN халықаралық орталығында салынып жатқан Үлкен Адрон коллайдерімен (LHC) байланысты, онда 7×7 Teraelectronvolts контрпропаганттық сәулелері алынатын болады.Бүгінгі таңда танымал гипотезаға сәйкес, қара бөлшектердің бөлшектері элементар бөлшектердің жаңа отбасының тек бір өкілі болып табылады, сондықтан қараңғы материя бөлшектерін ашумен қатар, жаңа бөлшектердің бүкіл класын ашуға және үдеткіш бойынша жаңа өзара әрекеттесуге үміттене алады. Космология қарапайым бөлшектердің әлемі бүгінде белгілі «кірпіштермен» таусылып жатқанын көрсетеді!

Тағы бір тәсіл – айналамыздағы ұшқан қара материяның бөлшектерін тіркеу. Олар ешқандай кішігірім емес: 1000 протон массасына тең массасы бар бұл бөлшектер осы жерде және қазір 1 текше метрге 1000 дана болуы керек. Мәселе мынада, олар қарапайым бөлшектермен өте нашар өзара әрекеттеседі, зат олар үшін мөлдір. Алайда қара материя бөлшектері атом ядроларымен жиі кездеседі және бұл соқтығысуды тіркеуге болады. Бұл бағытта іздеу ғарыштық сәулелердің фоны күрт төмендейтін терең жер астында орналасқан бірқатар аса сезімтал детекторлардың көмегімен жүзеге асырылады.

Сурет. 8

Ақыр соңында, тағы бір жолы қараңғы материя бөлшектерін аннигиляция өнімдерін тіркеуге байланысты.Бұл бөлшектер Жердің орталығында және Күннің орталығында жиналуы керек (олар үшін зат өте мөлдір, олар Жерге немесе Күнге түсе алады). Онда олар бір-бірін жойып, сонымен қатар басқа бөлшектер, соның ішінде нейтрино. Бұл нейтрино Жер немесе Күннің қалыңдығынан еркін өтеді және арнайы қондырғылар – нейтрино телескоптары арқылы тіркелуі мүмкін. Бұл нейтрино телескоптарының бірі Байкал көлінде (NT-200, күріш 8), тағы бір (AMANDA) – оңтүстік полюсте мұздың тереңдігі.

Сурет. 9

Көрсетілгендей күріш 9мысалы, Күннің орталығынан келе жатқан нейтрино, суда өзара әрекеттестіктің ықтималдығы аз, оның нәтижесінде зарядталған бөлшектер (мюон) қалыптасады, оның жарықы тіркеледі. Нейтрино заттарының затпен өзара әрекеттесуі өте әлсіз болғандықтан, осындай оқиғаның ықтималдығы кішкентай және өте үлкен детекторлар қажет. Оңтүстік полюсте 1 текше километрлік детектор құрылысы басталды.

Қараңғы материяның бөлшектерін іздестірудің өзге тәсілдері бар, мысалы, біздің Галактиканың орталық аймағында олардың жойылу өнімдерін іздеу.Мұндай тәсілдердің қайсысы бірінші кезекте сәттілікке әкеледі, бірақ кез келген жағдайда жаңа бөлшектердің ашылуы және олардың қасиеттерін зерттеу ең маңызды ғылыми жетістік болмақ. Бұл бөлшектер 10 ғаламның қасиеттері туралы айтып береді-9 Үлкен жарылыстан кейін Әлемнің температурасы 10 болғанда (бір миллиардтан бірінші секунд)15 градустар мен қараңғы бөлшектердің бөлшектері ғарыштық плазмамен тығыз өзара әрекеттеседі.


Like this post? Please share to your friends:
Әлемдегі қараңғы заттар және қараңғы энергия ">
Leave a Reply

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