คลื่นความโน้มถ่วงอาจเป็นกุญแจสำคัญในการค้นหาสสารมืด

ทฤษฎีสสารมืดที่แปลกใหม่ หากคุณเป็นแฟนของสิ่งที่น่ากลัวในจักรวาลบทความนี้เหมาะสำหรับคุณ

เนื้อหาส่วนใหญ่ในเอกภพของเราเป็นรูปแบบที่ไม่รู้จักกับฟิสิกส์โดยสมบูรณ์ นั่นเป็นเพียงข้อเท็จจริงที่เราจะต้องทำความคุ้นเคย หากคุณต้องการที่จะคิดว่ามันเป็นอะไรบางอย่างดาราศาสตร์ ปัญหาปัญหาที่เกิดขึ้นในระดับที่ใหญ่ที่สุดเท่านั้นดังนั้นฉันมีข่าวร้ายสำหรับคุณ หนึ่งในองค์ประกอบลึกลับเหล่านี้ต่อเอกภพคือ - เท่าที่เราสามารถบอกได้ - รูปแบบของสสาร

แต่ตอนนี้ไม่เพียง แต่จะเป็นรูปแบบใด ๆ ก็ตามมิฉะนั้นเราจะได้เห็นมัน ไม่เราคิดว่าเป็นประเภทมืด เรื่อง; เรื่องที่ไม่ได้โต้ตอบกับแสง ไม่มีการปล่อย ไม่มีการดูดซึม ไม่มีการกระเจิง ไม่มีอะไร และความจริงที่ว่าสสารมืดนั้นไม่ควรจะเป็นที่ น่าแปลกใจที่ควร? หลังจากที่ทุกคนที่บอกว่าทุกอย่างในจักรวาลต้อง โต้ตอบกับแสง

ไม่มีใครทำดังนั้นเราอยู่ที่นี่ หากคุณดูกาแลคซีแบบสุ่มสิ่งที่สว่างไสว - ดาวเนบิวลา ฯลฯ - แสดงเพียงเศษเสี้ยวเล็กน้อยของมวลรวมในกาแลคซีนั้น อัตราส่วนที่แน่นอนระหว่างสสารปกติและสิ่งมืดนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่างเช่นประวัติศาสตร์การก่อตัวกาแลคซี แต่โดยทั่วไปกาแลคซีขนาดเล็กยิ่งมีสสารมืดมากขึ้น

กาแลคซีขนาดเล็กที่สุดที่รู้จักกันในชื่อกาแลคซีแคระสามารถให้ห้องปฏิบัติการที่มีประโยชน์สำหรับการศึกษาสสารมืด ในกาแลคซีเหล่านี้สสารมืดมีอิสระที่จะทำในสิ่งที่สสารมืดทำได้โดยไม่ต้องมีการโต้ตอบกับวัตถุที่น่ารำคาญ ถ้าสสารมืดทำสิ่งที่แปลก (ก็ดีมีคนแปลกหน้ากว่าที่มีอยู่เดิม) เช่นโต้ตอบกับตัวเองผ่านพลังนิวเคลียร์ที่อ่อนแอหรือประกอบไปด้วยอนุภาคแปลก ๆ หลายชนิดผลกระทบใด ๆ จะทำให้ตัวเองเด่นชัดมากขึ้นในกาแลคซีแคระ ทางช้างเผือก.

ทั้งหมดนี้ยอดเยี่ยมและดียกเว้นข้อแม้เล็ก ๆ ที่ในขณะที่ฟิสิกส์ที่น่าสนใจเหล่านี้กำลังเกิดขึ้นภายใต้ประทุนมันยากสำหรับเราที่จะเห็นมัน เพราะมันมืด

สิ่งหนึ่งในหลาย ๆ สิ่งที่เราไม่เข้าใจเกี่ยวกับสสารมืดคือวิธีที่มันทำงานในแกนกลางของกาแลคซี การจำลองแบบง่าย ๆ ของวิวัฒนาการกาแลคซีทำนายสิ่งที่เรียกว่า "ยอดเขา" - น็อตแข็งของความหนาแน่นสูงอย่างไม่น่าเชื่อนั่งอยู่ในใจกลางของกาแล็คซี่ครีม แต่การสำรวจไม่ได้เปิดเผยสิ่งนี้: ควรจะมีดวงดาวมากมายตามอิทธิพลความโน้มถ่วงของสสารมืดทั้งหมดนั้น และมีดาวจำนวนมากอยู่ในใจกลางกาแลคซี แต่ไม่ใช่ที่ จำนวนมาก

มีบางอย่างที่จะทำให้สสารมืดกลางออกมาเรียบขึ้น มันอาจเป็นการโต้ตอบที่แปลกใหม่ในสสารมืดเอง อาจเป็นสาเหตุทางโลกมากขึ้นเช่นลมพายุซุปเปอร์โนวาระเบิดก๊าซ อาจเป็นได้ทั้งหรือไม่

นักดาราศาสตร์มีความสนใจในแกนกลางของกาแลคซีมากโดยเฉพาะกาแลคซีแคระเพราะมันอยู่ที่นั่นพวกเขาสามารถเรียนรู้มากมายเกี่ยวกับสสารมืด และแม้จะมีฟิสิกส์ยุ่ง ๆ พวกเรายังต้องการดาวและก๊าซเพื่อสำรวจตรวจสอบและศึกษากาแลคซีแคระโดยหวังว่าเราจะสามารถติดตามพฤติกรรมของสสารมืดต้นแบบ แต่กาแลคซีแคระอยู่ห่างไกลสลัวและเล็ก - และแกนของมันยิ่งกว่านั้นอีก

เราจะมองเข้าไปข้างในพวกเขาได้อย่างไร?

โชคดีที่กาแลคซีมีประชากรมากกว่าตัวเอก พวกเขายังมีหลุมดำ ยักษ์ยักษ์ยวดยิ่งในแกนกลางของพวกมันและตัวเล็กกว่าล้านตัวที่ลอยอยู่ในนั้น และความจริงที่ว่าหลุมดำขนาดใหญ่มีแนวโน้มที่จะรวมตัวกันในแกนกลางของกาแลคซีโฮสต์ของพวกเขาอาจมีประโยชน์ ดังนั้นบางที - ทำงานกับฉันที่นี่ - ถ้าเราสามารถศึกษาพฤติกรรมของหลุมดำในกาแลคซีแคระเราอาจได้รับเบาะแสบางอย่างเกี่ยวกับธรรมชาติของสสารมืด

แต่หลุมดำก็มีสีดำและมองเห็นได้ยาก และขนาดเล็ก และไกลออกไป โชคดีที่เราไม่ต้องเห็นหลุมดำเราได้ยินพวกเขา

เมื่อหลุมดำชนกันพวกมันจะสั่นสะเทือนและบิดเบือนเนื้อผ้าของกาลอวกาศมากจนทำให้เกิดคลื่นเช่นระลอกที่แผ่ออกมาจากหินก้อนใหญ่ที่ตกลงไปในน้ำ คลื่นความโน้มถ่วงเหล่านี้แผ่กระจายไปทั่วอวกาศด้วยความเร็วของแสงยืดและบีบสสารใด ๆ ที่เข้ามาซักเล็กน้อย ในความเป็นจริงร่างกายของคุณคือในขณะที่คุณอ่านสิ่งนี้ถูกดึงและกดเหมือนเศษผงจากคลื่นความโน้มถ่วงนับไม่ถ้วนที่ไหลผ่านโลก

คลื่นแรงโน้มถ่วงเหล่านี้ตรวจจับได้ยากอย่างไม่น่าเชื่อซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมคนแรกที่วัดพวกเขาได้รับรางวัลโนเบลสำหรับความพยายามมานานหลายทศวรรษในการใช้ลำแสงรบกวนเพื่อจับสัญญาณที่บอบบาง

แต่หอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงทั้งสามของเราบนพื้นผิวโลกไม่สามารถช่วยเราแก้ปัญหาสสารมืดในหลุมดำภายในกาแลคซีเพื่อการศึกษา หลุมดำเหล่านั้น - ที่รู้จักกันในนามหลุมดำมวลปานกลาง - เล็กเกินไปที่จะสร้างสัญญาณที่ตรวจพบได้ที่นี่ในทางช้างเผือกเมื่อรวมเข้าด้วยกัน

แต่หอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงในอวกาศสามารถทำได้ ภารกิจ LISA ที่นำเสนอ (ซึ่งหมายถึงในขณะที่คุณคาดเดาว่าเสาอากาศอวกาศเลเซอร์อินเตอร์เฟอเรเตอร์) อาจมีความไวที่เหมาะสมในการมองเห็นสัญญาณของการรวมหลุมดำขนาดกลางเช่นเดียวกับที่พบในใจกลางกาแลคซีแคระ

และจากรายงานใหม่ที่เพิ่งได้รับการยอมรับจาก Astrophysical Journal Letters นำโดย Tomas Tomfal จากมหาวิทยาลัยซูริคสสารมืดแบบต่าง ๆ (และการโต้ตอบที่เป็นไปได้กับสสารชนิดรักแสงแบบธรรมดา) สามารถมีอิทธิพลต่อความถี่และความเร็ว หลุมดำในกาแลคซีแคระรวมซึ่งเป็นสิ่งที่ LISA สามารถแยกออกจากกันได้

เป็นเส้นทางวงเวียนสู่การทำความเข้าใจกับสสารมืด แต่ในปัญหาที่รบกวนจิตใจเช่นนี้มันเป็นสิ่งที่ดี

อ่านเพิ่มเติม:“ การก่อตัวของไบนารีหลุมดำ LISA ในการรวมกาแลคซีแคระ: การประทับของสสารมืด”