Меню

Модификация темной материи

В течение десятилетий группа теоретиков-бунтарей вела войну с базовой концепцией современной космологии - идеей, что невидимая, неосязаемая материя формировала первичную структуру вселенной. Речь идет о так называемой «темной материи», по своей массе на порядок превышающей видимые миры. То есть объекты, доступные для астрономических наблюдений.

Такая форма материи объясняет множество наблюдений: плотное гравитационное взаимодействие, траекторию и изгибы движения света, пеструю структуру ранней вселенной, даже поливариантность начала вещества в космосе.

Центр Млечного Пути

Поиски космологической альтернативы наталкиваются на ряд препятствий, в том числе понятийных и методологических. Например, когда на место темной материи приходит слегка измененная сила тяжести. Однако попытки перевести модифицированную гравитацию на точный математический язык всегда сталкивались с противоречащими наблюдениями. Дело в том, что одни интерпретации точно описывают галактики, другие - излучение, но ни одна из версий теории не смогла пробить главное доказательство темной материи: карты древнего света, известные как космический микроволновый фон (КМФ).

Карта КМФПо словам космолога Женевского университета Рут Дюрер, предлагаемая теория должна действительно хорошо согласовывать полученные данные. Что, естественно, не происходит: локальные прорывы не решают терминологической проблемы.

Два ученых, Константинос Скордис и Том Злосник, утверждают, что преодолели альтернативную теорию гравитации и смогли выстроить «правильную» МТГ, не содержащую видимых противоречий. Они использовали модифицированную версию теории гравитации Эйнштейна, чтобы воспроизвести карту ранней вселенной, - подвиг для «альтернативщиков», которые до сих пор считали, что сделать это невозможно.

Правда, коллеги не очень доверяют полученным результатам, хотя и соглашаются, что предварительные результаты модели кажутся многообещающими.

Впрочем, большинство космологов все еще придерживаются версии темной материи из-за ее категориальной простоты, но соглашаются, что новая теория может стать интегрирующей для различных парадигм, если она будет соответствовать дополнительным космологическим наблюдениям.

Версии и противоречия

Задачей для альтернативных теорий гравитации, известных как модифицированная ньютоновская динамика или MOND, является восстановление ведущей роли темной материи в создании современной Вселенной.

LCDMНапример, теория лямбда-холодной темной материи (LCDM) говорит, что мы не существуем без темной материи. Ранняя вселенная была настолько «гладкой», что одного гравитационного притяжения недостаточно, чтобы воедино собрать частицы в звезды, планеты и галактики. LCDM как бы использует коллективную массу, чтобы лепить материю в современные космические структуры, изучаемые астрономами.

LCDM стала почти стандартной моделью космологии отчасти потому, что точно соответствует данным о КМФ. Карта ранней вселенной показывает незаметные остаточные явления, пробивающиеся сквозь космическое пространство.

К слову, совсем недавно исследователи смогли более точно измерить поляризацию древнейшего излучения. Понятно, что любая успешная космология должна прописать историю космоса на основе трех показателей: температуры КМФ, его поляризации и текущего распределения галактик.

В то же время Крис Пардо, астрофизик в Лаборатории реактивного движения НАСА, и Дэвид Спергель, директор Центра астрофизики в Институте Флэтайрон, оценили, насколько трудно любой альтернативной теории гравитации конкурировать с ортодоксальными концепциями. Суть в том, что, по их мнению, более плотные зоны темной материи тянули к себе остальное вещество, в конечном итоге образуя галактики и звезды. Таким образом возникали «пустоты», заполняемые МКФ. Сравнивая поляризацию с современными структурами вещества, космологи могут более точно измерить остатки пульсации.

Темная пыль

Так вот, Том Злосник и Константинос Скордис полагают, что они удивили скептиков и фанатов MOND. Им удалось построить теорию гравитации на основе компонента, который действует в космическом масштабе, стирая грань между темной материей и трактовками MOND.

Новая теория, получившая название RelMOND, добавляет к уравнениям общей теории относительности дополнительное поле, которое ведет себя по-разному в зависимости от рассматриваемых масштабов вселенной. В самом широком смысле поле действует как невидимая материя. В этом режиме, который Злосник называет «темной пылью», поле могло бы сформировать видимую вселенную так же, как и темная материя. Модель точно воспроизводит температуру МКФ, соответствует спектру поляризации и распределению вещества.

В этом отношении RelMOND работает также, как и LCDM, парадигмы не отличаются друг от друга.

RelMOND

Но если мы приблизим галактику к стороннему наблюдателю, то окажется, что поле действует так, как прогнозирует MOND: «переплетение» со стандартным гравитационным полем усиливает его настолько, чтобы вместе удерживать как звезды в галактике, так и скопления галактик.

Следует уточнить, что исследователи еще не уверены, как поле действует для более крупных скоплений галактик, но они предполагают, что новый подход поможет уточнить наблюдения и тем самым выделить RelMOND в отдельную теорию.

Сам Злосник полагает, что темная материя скоро будет обнаружена, но в то же время он рассматривает свою работу как математическое упражнение по расширению общей теории относительности, еще один шаг на пути к «теории всего». Он утверждает, что математика гравитации способна объяснить любое явление независимо от его интерпретации. А это означает, что существует опасность игнорирования явлений, происходящих в космосе: объяснение открытий предшествует самим открытиям.

Добавил:Всеволод Гордиенко Дата:2020-08-01 Раздел:Астрономия