Być może „chmury bozońskie” mogłyby wyjaśnić ciemną materię?

Natura ciemnej materii nadal dezorientuje astronomów. Ponieważ poszukiwania cząstek ciemnej materii nadal nie znajdują niczego, kuszące jest całkowite porzucenie modelu ciemnej materii, ale pośrednie dowody na tę materię pozostają mocne. więc co to jest? Jeden zespół wpadł na pomysł i opublikował wyniki swoich pierwszych badań.

Warunki ciemnej materii sprawiają, że nie może to być zwykła materia. Zwykła materia (atomy, cząsteczki itp.) łatwo pochłania i emituje światło. Nawet jeśli to ciemna materia chmury Cząsteczki są tak zimne, że prawie nie emitują światła i nadal będą widoczne wraz z pochłanianym przez nie światłem. Będą wyglądać jak ciemne mgławice zwykle widywane w pobliżu płaszczyzn galaktycznych. Ale nie wystarczy tego, aby wyjaśnić obserwowane przez nas efekty ciemnej materii. Wykluczyliśmy również neutrina. Nie oddziałują one silnie ze światłem, ale neutrina są formą „gorącej” ciemnej materii, ponieważ neutrina poruszają się prawie z prędkością światła. Wiemy, że większość ciemnej materii musi być powolna, a więc „zimna”. Więc jeśli ciemna materia istnieje, to musi być coś innego.

W tej najnowszej pracy autorzy argumentują, że ciemna materia może składać się z cząstek znanych jako bozony skalarne. Wszystkie znane substancje można podzielić na dwie szerokie kategorie znane jako fermiony i bozony. Klasa, do której należy cząstka, zależy od właściwości kwantowej znanej jako spin. Fermiony, takie jak elektrony i kwarki, mają spin fraktalny, taki jak 1/2 lub 3/2. Bozony, podobnie jak fotony, mają spin całkowity, taki jak 1 lub 0. Każda cząstka o spinie 0 jest bozonem skalarnym.

Choć wydaje się to trywialne rozróżnienie, te dwa rodzaje cząstek zachowują się bardzo różnie, gdy są zebrane w duże grupy. Fermiony nigdy nie mogą zajmować tego samego stanu kwantowego, więc gdy próbujesz je ścisnąć, cofają się. Dlatego istnieją białe karły i gwiazdy neutronowe. Grawitacja próbuje zepchnąć elektrony lub neutrony do siebie, ale ciśnienie Fermiego jest tak silne, że może oprzeć się grawitacji (do pewnego punktu). Z drugiej strony bozony są całkowicie szczęśliwe, że znajdują się w tym samym stanie. Więc jeśli przechłodzisz kilka bozonów (takich jak hel-4), mogą one osiąść w dziwnym obiekcie kwantowym znanym jako kondensat Bosego-Einsteina.

Jedynym znanym bozonem standardowym jest bozon Higgsa. Higgs nie może być ciemną materią ze względu na swoje znane właściwości, ale niektóre teorie sugerują inne bozony skalarne. Nie będą one silnie oddziaływać ze światłem, tylko z grawitacją. Ponieważ światło nie może ich znacznie ogrzać, z biegiem czasu te bozony skalarne ostygną i zapadną się w duże chmury. Możliwe więc, że ciemna materia składa się z dużych, rozproszonych obłoków bozonów skalarnych.

To ciekawy pomysł, ale jak to udowodnić? Okazuje się, że skoro bozony skalarne oddziałują grawitacyjnie, to oddziałują również z falami grawitacyjnymi. W zależności od masy bozony skalarne mogą również rozpadać się, emitując grawitony. W rezultacie bozony skalarne mogą tworzyć długotrwałe fale grawitacyjne o podobnej częstotliwości. To grawitacyjny odpowiednik słabego szumu w uszach. Zespół przyjrzał się więc danym fal grawitacyjnych z LIGO i Virgo. Szukali dowodów na szum grawitacyjny w zakresie od 20 do 600 Hz i niczego nie znaleźli. Na podstawie swojej pracy autorzy wnioskują, że w naszej galaktyce nie ma małych chmur bozonowych. Nie ma też starych, zimnych chmur bozonowych w zakresie 3000 światłoLata na Ziemi.

To badanie nie wyklucza całkowicie bozonów skalarnych, ale nakłada na ten pomysł pewne poważne ograniczenia. A teraz wydaje się, że to historia ciemności Temat. W naszych poszukiwaniach odkrywania tego, co to jest, wciąż odkrywamy to, czego nie ma.