Vật chất tối được làm bằng gì? Nó là một trong những câu hỏi khó hiểu nhất của thiên văn học hiện đại. Chúng ta biết rằng vật chất tối ở ngoài kia, vì chúng ta có thể thấy ảnh hưởng hấp dẫn rõ ràng của nó đối với mọi thứ từ các thiên hà đến sự tiến hóa của toàn vũ trụ, nhưng chúng ta không biết gì về nó Là. Dự đoán tốt nhất của chúng tôi là nó có một số loại hạt mới kỳ lạ không thường xuyên nói chuyện với vật chất bình thường (nếu không chúng ta sẽ thấy nó ngay bây giờ). Một khả năng là nó có một loại hạt giả thuyết kỳ lạ được gọi là một sợi trục và một nhóm các nhà thiên văn học đang sử dụng không ai khác ngoài các lỗ đen để cố gắng nhìn thoáng qua nhà máy vũ trụ mới lạ này.
Chương trình nghị sự của Axion
Tôi sẽ thành thật với bạn, chúng tôi không biết nếu có sự tồn tại. Họ đã được phát minh để giải thích một câu hỏi hóc búa trong vật lý năng lượng cao. Có một loại đối xứng nhất định trong tự nhiên khi bạn thực hiện một số tương tác ngẫu nhiên liên quan đến rất nhiều hạt hạ nguyên tử và loại bỏ mọi điện tích của mình cho dấu hiệu ngược lại, và cũng chạy quá trình trong gương, bạn sẽ nhận được kết quả chính xác. Điều này được gọi là đối xứng điện tích và chẵn lẻ, hay đối xứng CP là viết tắt.
Sự đối xứng này có ở khắp mọi nơi trong tự nhiên, ngoại trừ khi nó không phải như thế, như trong trường hợp lực hạt nhân yếu, có khả năng vi phạm tính đối xứng này bất cứ khi nào nó cảm thấy như vậy.
Câu hỏi hóc búa là bởi tất cả các quyền, lực lượng hạt nhân mạnh cũng sẽ vi phạm điều này. Có những thuật ngữ trong toán học rõ ràng phá vỡ tính đối xứng CP, nhưng chúng ta không thấy bất kỳ dấu hiệu nào của sự đối xứng phá vỡ với lực hạt nhân mạnh trong bất kỳ thí nghiệm nào của chúng ta. Vì vậy, một cái gì đó phải được tiến hành để khôi phục tính đối xứng này khi nó bị phá vỡ.
Câu trả lời - hoặc ít nhất một câu trả lời tiềm năng - là một loại hạt mới gọi là axion. Trục này khôi phục một loại cân bằng nhất định trong lực lượng (vâng tôi nhận thức được về tài liệu tham khảo Chiến tranh giữa các vì sao ở đây) để đối xứng CP được bảo tồn và mọi người có thể tiếp tục cuộc sống hàng ngày. Tất nhiên các thí nghiệm cho đến ngày thiên đường đã tiết lộ trực tiếp sự tồn tại của axion, và ở đó, một loạt các khối lượng và tính chất có thể có mà axion có thể có.
Trong phạm vi khối lượng và tính chất cho phép có thể có của trục, một điều đáng chú ý xảy ra. Nếu chúng ta muốn lấp đầy vũ trụ bằng vật chất tối, vật chất tối đó phải có những tính chất nhất định. Nó có thể tương tác với vật chất bình thường rất thường xuyên và thậm chí nó có thể tương tác với chính nó. Ngoài ra, cần phải có rất nhiều, và nó cần phải rất ổn định và lâu dài. Nó chỉ ra rằng một số phạm vi của các tính chất axion có thể cho phép hạt giả thuyết đó là một ứng cử viên cho vật chất tối.
The Dark Axions
Nếu chúng ta để cho axion là vật chất tối, nó thường có thể giải thích tất cả các quan sát vật chất tối thông thường. Nó có thể giải thích các đường cong xoay bên trong các thiên hà. Nó có thể giải thích chuyển động của các thiên hà trong các cụm thiên hà. Nó có thể được sản xuất đủ phong phú trong Vũ trụ sơ khai để phù hợp với các quan sát về nền vi sóng vũ trụ. Và như thế.
Hơn nữa, các trục trong lõi của các thiên hà có thể bó lại với nhau đủ chặt để tạo thành một quả bóng khổng lồ mà thoạt nhìn trông rất giống một lỗ đen siêu lớn. Nó sẽ nhỏ, nó sẽ không tương tác với ánh sáng, và nó sẽ cực kỳ lớn. Trong khi các quan sát gần đây từ Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện đã cho chúng ta một bức tranh thực sự về một lỗ đen khổng lồ trong một thiên hà khác, thì điều đó không nhất thiết phải loại trừ rằng các lõi trục này vẫn ẩn nấp trong độ sâu của các thiên hà trên khắp Vũ trụ. Và nó với các lõi axion có thể mà chúng ta có thể có thể xử lý các thuộc tính của chúng.
Lỗ đen là chìa khóa
Ngoài Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện, chúng tôi không có quan sát trực tiếp về các lỗ đen siêu lớn. Chúng ta chỉ có thể nhìn thấy các vật liệu đang xoáy và sôi xung quanh chúng. Và từ các thuộc tính của vật liệu đó, chúng ta có thể ước tính kích thước và khối lượng của các lỗ đen. Với những kỹ thuật này, trong nhiều thập kỷ, chúng tôi đã phát hiện ra một mối quan hệ rất kỳ lạ: các thiên hà lớn hơn chứa nhiều lỗ đen lớn hơn ở trung tâm của chúng. Mối quan hệ này thực sự tương đối chặt chẽ và nó cho chúng ta biết rằng các lỗ đen bằng cách nào đó đã cùng tiến hóa với các thiên hà chủ của chúng.
Nhưng như tôi đã nói, chúng ta có thể quan sát trực tiếp các lỗ đen. Vì vậy, chúng có thể không phải là lỗ đen. Chúng có thể là các lõi axion ẩn trong trung tâm của các thiên hà đó. Nếu đây là trường hợp thì nó không phải là các lỗ đen cùng tiến hóa với các thiên hà chủ của chúng, mà là các lõi axion cùng tiến hóa với các thiên hà chủ của chúng. Thiên hà càng lớn, vật chất tối có thể lưu trữ càng nhiều và lõi axion ở trung tâm càng lớn.
Điều này có nghĩa là chúng ta có thể sử dụng mối quan hệ giữa vật thể tối trung tâm (cho dù đó là lỗ đen hoặc lõi trục) và chính thiên hà để hạn chế các thuộc tính của các trục. Điều này hoạt động bởi vì nếu bạn bắt đầu chơi với khối hạt axion thì điều này ảnh hưởng đến việc bạn có thể co cụm dễ dàng như thế nào để tạo thành lõi, điều này sẽ thay đổi mối quan hệ với thiên hà chủ.
Một nhóm các nhà thiên văn học gần đây đã sử dụng mối quan hệ giữa các lỗ đen và các thiên hà để thực hiện chính xác điều này và có thể đặt một số giới hạn trên cho khối hạt axion, sẽ giúp hướng dẫn các thí nghiệm trong tương lai và tìm kiếm trực tiếp. Là axion chịu trách nhiệm cho vật chất tối trong vũ trụ? Hy vọng một ngày nào đó chúng ta có thể làm sáng tỏ tình hình.
Đọc thêm: Lõi Axion - khối lượng hào quang và lỗ đen Quan hệ khối lượng hào quang của Google: các ràng buộc trên một vài thang đo Parsec
