Учените се приближават все по-близо до установяването колко тежка е всъщност тъмната материя

(Dhaval Brahmbhatt/Getty Images)

Учените най-накрая откриват колко тъмна материя – почти незабележимият материал, за който се твърди, че дърпа всичко, но не излъчва светлина – наистина тежи.

Новата оценка помага да се определи колко тежки могат да бъдат неговите частици – с последици за това какво всъщност представлява мистериозното нещо.

Изследването рязко стеснява потенциалната маса на тъмна материя частици, от между приблизително 10^минус 24 електронволта (eV) и 10^19 гигаелектронволта (GeV) до между 10^минус 3 eV и 10^7eV – възможен диапазон от маси много трилиони трилиони пъти по-малък от преди .

Констатациите могат да помогнат на ловците на тъмна материя да съсредоточат усилията си върху посочения диапазон от маси на частиците - или може да разкрият, че неизвестна досега сила действа във Вселената, каза Ксавие Калмет, професор по физика и астрономия в университета в Съсекс във Великобритания.

Свързани: 11-те най-големи въпроса без отговор за тъмната материя

Калмет, заедно с докторанта Фолкерт Кайперс, също от университета в Съсекс, описаха усилията си в ново проучване, което ще бъде публикувано в мартенския брой на Физически букви Б .

Какво представлява тъмната материя?

Според някои оценки тъмната материя съставлява около 83 процента от цялата материя във Вселената. Смята се, че взаимодейства само със светлината и обикновената материя чрез гравитацията, което означава, че може да се види само по начина, по който извива светлинните лъчи.

Астрономите откриха първите намеци за тъмна материя, когато се взираха в галактически клъстер през 30-те години на миналия век, а теориите, че галактиките са нанизани с огромни ореоли от тъмна материя, станаха масови след 70-те години, когато астрономите осъзнаха, че галактиките се въртят по-бързо, отколкото би трябвало иначе , като се има предвид колко видима материя съдържат.

Свързани: 12-те най-странни обекта във Вселената

Възможните кандидати за частици тъмна материя включват призрачни, малки частици, известни като неутрино , теоретични тъмни, студени частици, известни като аксиони, и предложени масивни частици със слабо взаимодействие или WIMP.

Новите граници на масата биха могли да помогнат за елиминирането на някои от тези кандидати, в зависимост от детайлите на конкретния модел на тъмната материя, каза Калмет.

Квантова гравитация

Това, което учените знаят е, че тъмната материя изглежда взаимодейства със светлата и нормалната материя само чрез гравитацията, а не чрез който и да е друг фундаментални сили ; и така изследователите са използвали гравитационни теории, за да стигнат до своя приблизителен обхват за масите на частиците тъмна материя.

Важно е, че те използваха концепции от теориите за квантовата гравитация, което доведе до много по-тесен диапазон от предишните оценки, които използваха само теорията на Айнщайн за общата относителност .

„Нашата идея беше много проста“, каза Калмет в имейл на Live Science. „Удивително е, че хората не са мислили за това преди.“

Теорията на Айнщайн за обща теория на относителността се основава на класическата физика; той перфектно предсказва как работи гравитацията през повечето време, но се разпада при екстремни обстоятелства, когато квантово-механичните ефекти стават значителни, като например център на черна дупка .

Теориите за квантовата гравитация, от друга страна, се опитват да обяснят гравитацията чрез квантовата механика, която вече може да опише другите три известни фундаментални сили – електромагнитната сила, силна сила който държи повечето материя заедно, и слаба сила което причинява радиоактивен разпад.

Нито една от теориите за квантовата гравитация обаче все още няма сериозни доказателства в подкрепа на тях.

Калмет и Кайперс оцениха долната граница за масата на частица тъмна материя, използвайки стойности от общата теория на относителността, и оцениха горната граница от живота на частиците тъмна материя, предсказан от теориите за квантовата гравитация.

Естеството на стойностите от общата теория на относителността също определя естеството на горната граница, така че те успяха да извлекат прогноза, която беше независима от всеки конкретен модел на квантовата гравитация, каза Калмет.

Проучването установи, че докато квантовите гравитационни ефекти като цяло са били почти незначителни, те са станали важни, когато на хипотетична частица тъмна материя е било необходимо изключително много време, за да се разпадне и когато Вселената е била толкова стара, колкото е сега (приблизително 13,8 милиарда години), каза той .

Физиците по-рано изчислиха, че частиците на тъмната материя трябва да са по-леки от „масата на Планк“ – около 1,2 x 10^19 GeV, поне 1000 пъти по-тежки от най-големите познати частици – но по-тежки от 10^минус 24 eV, за да отговарят на наблюдения на най-малките галактики, за които е известно, че съдържат тъмна материя, каза той.

Но досега малко проучвания са се опитвали да стеснят обхвата, въпреки че е постигнат голям напредък в разбирането на квантовата гравитация през последните 30 години, каза той. „Хората просто не са разглеждали ефектите на квантовата гравитация върху тъмната материя преди.“

Неизвестна сила

Калмет каза, че новите граници за масите на частиците от тъмна материя също могат да се използват за проверка дали земно притегляне сам взаимодейства с тъмната материя, което се приема широко, или ако тъмната материя е повлияна от неизвестна природна сила.

„Ако открием частица тъмна материя с маса извън диапазона, обсъждан в нашата статия, ние не само щяхме да открием тъмна материя, но и много убедителни доказателства, че … има някаква нова сила отвъд гравитацията, действаща върху тъмната материя“, каза той.

Свързано съдържание

От Големия взрив до настоящето: моментни снимки на нашата вселена през времето

18-те най-големи неразгадани мистерии във физиката

15-те най-странни галактики във Вселената

Тази статия е публикувана първоначално от Наука на живо . Прочетете оригиналната статия тук .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.