Is lewe gebaseer op donker materie moontlik?

2023 Outeur: Seth Attwood | [email protected]. Laas verander: 2023-08-25 06:11

Die oorgrote meerderheid van massa in ons Heelal is onsigbaar. En vir 'n geruime tyd nou probeer fisici om te verstaan wat hierdie ontwykende massa is. As dit van deeltjies gemaak is, is die hoop dat die Large Hadron Collider 'n donker materiedeeltjie kan produseer, of die ruimteteleskoop sal 'n veelseggende gammastraalteken van donker materiebotsings sien. Tot dusver is daar niks. En hierdie probleem laat teoretiese fisici nuwe idees oordink.

In 2017 het die bekende teoretiese fisikus Lisa Randall na een van die ongelooflikste moontlikhede van donker materie gekyk. Hipoteties, natuurlik. Eerder as om donker materie as 'n spesifieke soort deeltjie te behandel, het sy aangeneem dat donker materie uit 'n hele familie deeltjies bestaan wat uit donker sterre, donker sterrestelsels, donker planete en moontlik donker lewe bestaan. Die chemie van die donker heelal kan so ryk en gevarieerd wees soos ons eie "gewone chemie." Maar nie alles is so eenvoudig nie.

Die donker materie probleem

Ons Heelal is 'n wonderlike, alhoewel onverstaanbare plek.

Oor die afgelope paar dekades het ons tot die besef gekom dat 84,5% van die materie in die Heelal nie gesien kan word nie. Gegewe sy taamlik ongemaklike bynaam "donker materie", is hierdie stof in 'n toestand waarin dit nie interaksie met "normale" materie het nie. Soos donker energie, is hierdie dinge “donker” omdat ons dit nie verstaan nie.

As daar nou 'n stukkie donker materie op my lessenaar is, sal ek nooit daarvan weet nie.’n Stukkie donker materie in die algemeen kan as sodanig nie op my lessenaar lê nie. Dit sal deur die tafel val, en die vloer, en die aardkors, jaag in die swaartekragput in die kern van ons planeet in. Of dit sal op 'n onverstaanbare manier in die ruimte verdwyn. Donker materie is so swak met enigiets in wisselwerking dat hierdie stuk eenvoudig deur gewone materie sal val, asof dit nie bestaan nie.

Op 'n klein skaal is die gravitasie manifestasie van donker materie weglaatbaar, maar op kosmologiese afstande word die teenwoordigheid van donker materie beslis gevoel - dit kan indirek waargeneem word deur die gravitasie-effek daarvan op sterrestelselswerms en die effek daarvan op die rotasie van sterrestelsels. Ons weet dat dit bestaan, ons sien dit eenvoudig nie.

En ons weet nie wat dit is nie, ons kan net raai

Gewone materie - ook bekend as barioniese materie - tree in wisselwerking deur elektromagnetiese, gravitasie-, sterk en swak kragte. Hierdie kragte dra energie oor en gee struktuur aan alle materie. Donker materie, aan die ander kant, word gewoonlik beskou as 'n amorfe wolk van "materie" wat nie deur elektromagnetiese kragte, swak of sterk, in wisselwerking kan tree nie. Daarom word aanvaar dat donker materie "nie-barionies" is. Nie-barioniese materie kan sy teenwoordigheid slegs deur gravitasie openbaar.

Die voorste kandidaat in die soeke na donker materie is WIMP, 'n massiewe deeltjie wat swak interaksie het. Soos die WIMP-naam aandui, is hierdie hipotetiese deeltjie nie in wisselwerking met normale materie nie – dit is dus nie barionies nie.

Gevestigde kosmologiese modelle voorspel dat donker materie - of dit nou in die vorm van WIMP's of "aksions" is, ons Heelal met struktuur toeken en gewoonlik simplisties die "gom" genoem word wat ons Heelal as 'n geheel hou.

As sterrekundige Vera Rubin die rotasie van sterrestelsels waargeneem het, het die meeste van die materie in sterrestelsels nie waarneembaar nie. Slegs 'n klein persentasie is sigbaar - sterre, gas en stof; die res skuil in 'n groot maar onsigbare stralekrans van donker materie. Dit is asof ons sigbare sterrestelsel van gewone materie net 'n kappie op 'n groot wiel van donker materie is wat ver verder strek as wat ons kan sien.

In 'n onlangs gepubliseerde artikel (2013) het Randall en haar kollegas 'n meer komplekse vorm van donker materie aangebied. Volgens hulle bestaan die donker materie-stralekrans van ons sterrestelsel nie net uit een tipe amorfe massa nie-barioniese materie nie.

"Dit lyk baie vreemd om aan te neem dat alle donker materie uit net een soort deeltjie saamgestel is," skryf Randall. "'n Onpartydige wetenskaplike moenie toelaat dat donker materie so divers soos ons normale materie is nie."

'n Ryk "skadu-heelal"?

Net soos ons sigbare heelal deur die Standaardmodel van fisika beheer word –’n goed bewese familie van deeltjies (insluitend die berugte Higgs-boson) en kragte, kan’n ryk en gevarieerde model van donker materiedeeltjies en -kragte in’n donker galaktiese stralekrans funksioneer?

Hierdie navorsing volg die logika van die veronderstelling van 'n ryk verskeidenheid onbekende fisika in die donker sektor van die heelal - kom ons noem dit die "skadu-heelal" - wat parallel met ons eie bestaan en al die kompleksiteite het wat ons sigbare heelal bied.

Astrofisici het voorheen voorgestel dat "donker sterre" - sterre wat van donker materie gemaak is - tot vandag toe in ons antieke heelal kan bestaan. Indien wel, voer Randall aan, kan dalk “donker planete” vorm. En as daar 'n familie van donker materiedeeltjies is wat beheer word deur kragte wat in die donker sektor ontplooi word, kan dit lei tot die ontstaan van komplekse chemie? En na die lewe?

As daar egter "donker" of "skadu" lewe parallel met ons heelal is, kan jy vergeet dat ons dit kan bespeur.

Skadu lewe sal in die skaduwees bly

Dit lyk aanloklik om hierdie hipotese te gebruik om al die alledaagse raaisels of selfs paranormale aansprake te verduidelik wat die wetenskap nie kan betwis of ondersteun nie. Wat as "spoke" of onverklaarbare "ligte in die lug" die manewales is van donker wesens wat agter in alles leef?

Alhoewel hierdie logika goed sal wees vir 'n TV-program of fliek, sal hierdie donker wesens in 'n skaduryke heelal leef wat heeltemal onversoenbaar is met gewone materie. Hulle deeltjies en kragte sou geen effek in ons heelal hê nie. Jy kan hierdie reëls lees waar jy op 'n boomstomp in 'n donker woud sit, en jy sal nooit daarvan weet nie.

Maar aangesien ons saam met hierdie skadu-heelal in dieselfde ruimte-tyd bestaan – sonder onnodige afmetings of multiversum – kan net een sein oorgedra word.

Gravitasiegolwe is eers in 2016 ontdek, en die eerste opsporing van hierdie rimpelings in ruimtetyd is veroorsaak deur die botsing van swart gate. Dit lyk heel moontlik dat gravitasiegolwe in die donker sektor opgespoor kan word, maar slegs die kragtigste kosmiese gebeurtenisse in die donker sektor kan aan ons punt van die draad opgespoor word.

Alles in ag genome, sal ons byna seker nooit die bestaan van oulike donker materie wesens bewys nie, maar Randall wys 'n belangrike punt uit. Wanneer ons die bron van donker materie in ag neem, moet ons verby ons vooroordele kyk; die donker sektor kan 'n komplekse familie van donker materie deeltjies en kragte wees wat verby is wat ons ons kan voorstel.