Sterrekunde

Donkere kromming

Donkere kromming


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Het Donker Materie 'n invloed op die kromming van die ruimtetyd? As dit die geval is, wat is die formule om die tydkromming as gevolg van donker materie te bereken?


Hierdie antwoord kom met 'n klein waarskuwing. Werklike donker materie is nie ontdek nie, dus is dit teoreties, maar 'n baie goed verstaanbare teorie.

Alle materie, donker of lig, beïnvloed die kromming van die ruimtetyd op dieselfde manier. Die formule vir die kromming is die Einstein-veldvergelyking. Die kromming word gedefinieër deur die waarde van 'n 4x4-matriks, wat die spanningsenergietensor genoem word. Wat die digtheid van energie en momentum in ruimtetyd beskryf. Die formule gee nie om of die energie en momentum van gewone materie of donker materie kom nie.


Ja, dieselfde vergelyking as wat vir ander aangeleenthede gebruik word.

Marc Postman, Ray Villard en Donna Weaver van die Space Telescope Science Institute het die resultate van 'n CLASH-studie gepubliseer: "Nuusberig 2011-25":

"Hierdie beeld van die sterrestelsel MACS J1206.2-0847 (of kortweg MACS 1206) is deel van 'n breë opname met die Hubble-ruimteteleskoop van NASA.

Die verdraaide vorms in die groep is verre sterrestelsels waarvandaan die lig gebuig word deur die swaartekrag van 'n onsigbare materiaal wat donker materie genoem word, in die sterrestelsel. Hierdie groep is 'n vroeë teiken in 'n opname waarmee sterrekundiges die mees gedetailleerde kaarte vir donker materie van meer sterrestelsels as ooit tevore kan opstel.

Op die NASA-webwerf: "A Clash of Clusters Provides New Clue to Dark Matter":

"... hierdie saamgestelde beeld, gemaak met behulp van data van die Hubble-ruimteteleskoop Chandra X-Ray Observatory, het navorsers leidrade ontdek om ons kennis van donker materie te vergroot. Hierdie beeld is 'n kragtige botsing van trosse. Hierdie trosse toon formasies van donker materie, waar dit het van die gewone materie geskei. Die verskillende kleurverskille, tesame met die interessante bewyse vir donker materie ... ".

Nog 'n artikel met dieselfde foto: "heic0818 - Wetenskapvrystelling - Clash of clusters bied 'n nuwe leidraad vir donker materie":

"Nuwe Hubble- en Chandra-waarnemings van die groep, bekend as MACSJ0025.4-1222, dui aan dat 'n titaniese botsing donker van gewone materie geskei het. Dit gee onafhanklike bevestiging van 'n soortgelyke effek wat vroeër in 'n teiken, die Bullet Cluster, genoem is, wat toon dat die Bullet Cluster is nie 'n afwykende geval nie. '

Wikipedia-webblad oor CLASH - Cluster Lensing en Supernova-opname met Hubble.


Donker materie kan die draai van die Melkweg se sentrale balkie sterre vertraag

Die Melkweg (geïllustreer) bevat 'n sentrale balkie sterre (geel) wat saam met die sterrestelsel draai. Navorsers het bewyse gerapporteer dat die bar vertraag word deur die teenwoordigheid van donker materie.

Deel dit:

Donker materie kan 'n ware trek wees. Die trek van daardie ongeïdentifiseerde, onsigbare saak in die Melkweg kan die draaiende sterrebalk in die sterrestelsel se hart vertraag.

Op grond van 'n tegniek wat die geskiedenis van die verlangsaming herskep op 'n manier wat soortgelyk is aan die ontleding van 'n boom se ringe, het die balk se spoed met minstens 24 persent afgeneem sedert dit miljarde jare gelede gevorm het, berig navorsers in Augustus. Maandelikse kennisgewings van die Royal Astronomical Society.

Die verlangsaming is 'nog 'n indirekte, maar belangrike bewys dat donker materie 'n ding is, nie net 'n vermoede nie, want dit kan nie daarsonder gebeur nie', sê die astrofisikus Martin Weinberg van die Universiteit van Massachusetts Amherst, wat nie betrokke was by die studeer.

Baie spiraalvormige sterrestelsels, insluitend die Melkweg, bevat 'n sentrale staafvormige streek, dig gepak met sterre en omring deur die sterrestelsel se penwielende arms. Die kroeg het ook 'n paar groepies: 'n bemanning sterre wat vasgevang is deur die kroeg se swaartekraginvloed. Daardie sterre wentel om 'n swaartekrag-stabiele punt langs die balk en verder van die sterrestelsel se sentrum, bekend as 'n Lagrange-punt (SN: 26/22/21).

Teken in vir die nuutste van Wetenskapnuus

Opskrifte en opsommings van die nuutste Wetenskapnuus artikels, by u posbus afgelewer

As die rotasie van die balk vertraag, sal dit in lengte groei, en die balk se tagalong sal ook na buite beweeg. As dit gebeur, sal daardie groep hangers ekstra sterre versamel. Volgens rekenaarsimulasies van die proses, moet daardie ekstra sterre hulself in lae aan die buitekant van die groep rangskik, sê die astrofisikus Ralph Schönrich van die University College in Londen. Die lae sterre gee 'n rekord van die groei van die groep. "Dit is eintlik soos 'n boom wat u in u eie melkweg kan kap," sê hy.

Schönrich en die astrofisikus Rimpei Chiba van die Universiteit van Oxford het bestudeer hoe die samestelling van sterre in die groep van sy buitenste rand na die dieper lae verander het. Gegewens van die Gaia-ruimtetuig van die Europese Ruimteagentskap het getoon dat sterre in die buitenste lae van die staaf geneig was om minder verryk te word aan elemente wat swaarder is as helium as sterre in die binnelae. Dit is 'n bewys vir die groep sterre wat na buite beweeg as gevolg van die verlangsaming van die maat, sê die navorsers. Dit is omdat sterre in die middel van die sterrestelsel - wat in die verre verlede op die groep sou vasgekeer het - geneig is om meer verryk te word in swaarder elemente as diegene wat verder is.

Die verlangsaming van die maat dui daarop dat 'n gravitasiekrag daarop inwerk, naamlik die trek van donker materie in die sterrestelsel. Normale saak alleen sou nie genoeg wees om die balk se spoed te verminder nie. "As daar geen donker materie is nie, sal die balk nie vertraag nie," sê Chiba.

Maar die resultate het skeptisisme ontlok. "Ongelukkig is dit nog nie vir my oortuigend nie," sê die astrofisikus Isaac Shlosman van die Universiteit van Kentucky in Lexington. Hy twyfel byvoorbeeld dat die boomringwerk regtig sou plaasvind. Dit is "moeilik om te glo dat dit die geval is in 'n realistiese stelsel", in teenstelling met 'n vereenvoudigde rekenaarsimulasie, sê hy.

Weinberg, daarenteen, sê dat hoewel die studie op 'n verskeidenheid aannames steun, hy vermoed dat dit korrek is. 'Dit het die regte reuk.'

Vrae of opmerkings oor hierdie artikel? Stuur 'n e-pos aan ons via [email protected]

Aanhalings

R. Chiba en R. Schönrich. Boomringstruktuur van Galaktiese staafresonansie. Maandelikse kennisgewings van die Royal Astronomical Society. Vol. 505, Augustus 2021, bl. 2412. doi: 10.1093 / mnras / stab1094.


Die donker krag wat ons sterrestelsel in die geheim vertraag, kan donker materie wees

Toe iets verkeerd loop in Star Wars, het dit gewoonlik met die Dark Side of the Force te make gehad, maar 'n onverklaarbare verskynsel in ons sterrestelsel hou waarskynlik verband met donker materie.

Iets verdags vind plaas in 'n sterrestelsel, nie so ver nie. In die kern van die melkweg lê die Hercules-stroom sterre. Sy draai word op geheimsinnige wyse verlangsaam, en wat presies aangaan, word al dekades lank sonder voorspelling voorspel. Nou is dit uiteindelik gemeet en moontlik bewys. Die astrofisici Rimpei Chiba van die Universiteit van Oxford en Ralph Schoenrich van die University College in Londen, dink hulle het agtergekom watter donker krag dit doen - en dit is nie die Sith nie. Donker materie het die draai blykbaar teëgewerk en vertraag.

Meer donker saak

Miljarde sterre van altesaam triljoene sonmassas word vasgevang deur 'n draaistaaf in die middel van die Melkweg. Chiba en Shoenrich, wat onlangs 'n studie in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society gepubliseer het, het bevind dat die draai van die kroeg afgeneem het tot ongeveer 75% van wat dit was toe dit die eerste keer ontstaan ​​het.

"Die bevinding is nie verwag nie," het Chiba, wat die studie gelei het, en Shoenrich, wat 'n medeskrywer was, per e-pos aan SYFY WIRE gesê. 'Vorige beperkings op donker materie het meestal gekonsentreer op die kartering van die swaartekragpotensiaal, maar die verlangsaming van die maat dat ons gekwantifiseerde skakels het met die traagheidsmassa (dinamiese reaksie) van donker materie, neem die hoekmoment van die galaktiese balk op.'

Donker materie is nog nooit vantevore gemeet aan sy traagheidsmassa eerder as aan die gravitasie-energie nie. Traagheidsmassa is hoeveel 'n voorwerp weerstaan ​​met kragte wat daarteen werk, in teenstelling met swaartekragmassa, of die sterkte van die swaartekrag tussen voorwerpe. Donker materie het die draai van die galaktiese balk vertraag deur dinamiese wrywing, of die weerstand wat voorwerpe ervaar as hulle deur donker materie wentel. Hoeveel van hierdie weerstand 'n bewegende voorwerp terughou, hang af van waar polle donkere materie is en die hoeveelheid wat in 'n bepaalde streek gevind word (ruimtelike verspreiding), asook hoe vinnig enige van die deeltjies beweeg, enige plek (snelheidsverdeling).

Die galaktiese kern (regs) van die Melkweg (links). Krediet: NASA

Sterre in die Hercules-stroom word swaartekrag vasgevang deur die draai-staaf, en sal na buite beweeg as die maat se draai stadiger en stadiger groei. Die bewys dat Hercules-sterre van die kroeg af gemigreer het terwyl hulle hul bane behou, is in hul chemie. Sterre wat in die galaktiese kern begin het, is vol swaarder elemente, terwyl die kern tien keer ryker is aan hierdie elemente as die stralekrans. Hierdie sterre is vasgevang in 'n wentelbaan om die resonansie, wat plaasvind wanneer 'n konstante gravitasie-invloed deur die een liggaam op 'n ander uitoefen, maar steeds na buite kan beweeg.

"Aangesien ons meting die verlies van die staaf se hoekmomentum kwantifiseer, is die bevinding in spanning met alternatiewe gravitasieteorieë sonder donker materie, wat die hoekmomentum wat die balk verloor het, moet opneem," het Chiba en Shoenrich opgemerk. "Ons kan nie 'n ander oplossing sien om hierdie hoekverlies te verduidelik nie."

Die span het teëgekom, alhoewel hul verduideliking die enigste is wat sinvol is. Alhoewel donker materie nog net so donker en geheimsinnig is as wat dit klink, is daar maniere om dit af te lei totdat die tegnologie genoeg is om dit anders op te spoor. Sommige wetenskaplikes het modelle gebruik wat donker materie uitsluit, om aan te toon waarom die draai van die galaktiese staaf stadiger word, maar die probleem hiermee is dat dit gevolglik min of geen verlangsaming het nie. Ander wat modelle voorgestel het wat alternatiewe swaartekrag behels en slegs donker materie, het nie dieselfde resultate as Chiba, Shoenrich en hul navorsingspan gesien nie.

'Jy kan dit so sien - om hierdie nuwe soort bewyse vir donker materie te vind, is soos om 'n groot eiland in die oseaan te vind,' het hulle gesê. 'Om te weet dat dit daar is, is wonderlik, maar om dit te ondersoek en te gebruik vir verdere studie, het u nuwe instrumente nodig. Aan die einde van die pad kry u nuwe beperkings op die galaktiese geskiedenis en die unieke geleentheid om te onderskei tussen verskillende modelle vir donker materie. ”

Jammer Vader, maar selfs die krag van die Dark Side het waarskynlik niks op die sterkte van al die donker materie in die heelal nie.


Donker materie digtheid

Soos geadverteer, is die akoestiese pieke in die magspektrum sensitief vir die digter materie in die heelal. (Formeel is die verhouding materie tot bestraling, maar die stralingsdigtheid is vasgestel in die standaardmodel.)

Terwyl ons die fisiese digtheid van die donker materie verhoog, word W m h 2, gaan die dryfkrag by 'n gegewe piek weg sodat die amplitude daarvan afneem. Alhoewel hierdie effek die hoogte van al die pieke verander, is dit slegs met minstens drie pieke van die baroniese effekte te skei. Let daarop dat die vermindering van die materiaaldigtheid ook die belading van die barion beïnvloed, aangesien die potensiële putte van die donker materie verdwyn, en dat die barione niks kan verlaat nie. As u 'n derde piek het wat verhoog word tot 'n hoogte wat vergelykbaar is met of hoër is as die tweede piek, is dit 'n aanduiding dat donker materie die materiaaldigtheid in die plasma voor herkombinasie oorheers het. Let op dat die self-swaartekrag van die fotone en barione nog steeds 'n rol speel in die eerste en tweede pieke, sodat die derde piek die skoonste toets van hierdie gedrag is.

Let ook op dat die ligging van die pieke en veral die eerste piek verander namate ons die digtheid van die donker materie verander. Die verhouding tussen materie en straling beheer ook die ouderdom van die heelal tydens rekombinasie en dus hoe ver klank kan beweeg in verhouding tot hoe ver lig na rekombinasie beweeg. Dit is die grootste orde-onduidelikheid in die meting van die ruimtelike kromming van die heelal. Ons sien hier dat die dubbelsinnigheid opgelos sal word wanneer ten minste drie pieke presies gemeet word.


Opgelos: die raaisel van hoe donker materie in sterrestelsels versprei word

Donker materie in twee sterrestelsels wat op 'n rekenaar gesimuleer is. Die enigste verskil tussen hulle is die aard van donker materie. Sonder botsings aan die linkerkant en met botsings aan die regterkant. Die werk dui daarop dat donker materie in regte sterrestelsels meer lyk soos die beeld aan die regterkant, minder klonterig en diffuser as die een aan die linkerkant. Die sirkel is die einde van die sterrestelsel. Krediet: Beeld geneem uit die artikel Brinckmann et al. 2018, Maandelikse kennisgewings van die Royal Astronomical Society, 474, 746.

Die gravitasiekrag in die heelal waaronder dit ontwikkel het tot 'n byna uniforme toestand by die oerknal tot nou toe, wanneer materie in sterrestelsels, sterre en planete gekonsentreer word, word voorsien deur die naam 'donker materie'. 'Maar ten spyte van die 'n belangrike rol wat hierdie ekstra materiaal speel, weet ons byna niks oor die aard, gedrag en samestelling daarvan nie, wat een van die basiese probleme van die moderne fisika is. Sterrekunde en astrofisika-briewe, het wetenskaplikes aan die Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) / Universiteit van La Laguna (ULL) en van die Nasionale Universiteit van Noordwes van die provinsie Buenos Aires (Junín, Argentinië) getoon dat die donker materie in sterrestelsels volg 'n 'maksimum entropie'-verspreiding wat die aard daarvan belig.

Donker materie maak 85% van die heelal uit, maar die bestaan ​​daarvan verskyn slegs op astronomiese skale. As gevolg van die swak interaksie, kan die netto effek slegs opgemerk word as dit in groot hoeveelhede voorkom. Aangesien dit slegs met moeite afkoel, is die strukture wat dit vorm oor die algemeen baie groter as planete en sterre. Aangesien die teenwoordigheid van donker materie slegs op groot skale voorkom, moet die ontdekking van die aard daarvan waarskynlik deur astrofisiese studies gedoen word.

Om te sê dat die verspreiding van donker materie volgens maksimum entropie (wat gelykstaande is aan 'maksimum wanorde' of 'termodinamiese ewewig') georganiseer is, beteken dat dit in sy waarskynlikste toestand voorkom. Om hierdie 'maksimum versteuring' te bereik, moes die donker materie in homself moes bots, net soos gasmolekules, om ewewig te bereik waarin die digtheid, druk en temperatuur daarvan verband hou. Ons weet egter nie hoe die donker materie hierdie soort ewewig bereik het nie.

"Anders as die molekules in die lug, byvoorbeeld, omdat swaartekragaksie swak is, behoort donker materie-deeltjies amper nie met mekaar te bots nie, sodat die meganisme waardeur hulle ewewig bereik 'n raaisel is," sê Jorge Sánchez Almeida, 'n navorser van die IAC. wie is die eerste outeur van die artikel. "As hulle egter met mekaar sou bots, sou dit hulle 'n baie spesiale aard gee, wat gedeeltelik die raaisel van hul oorsprong sou oplos," voeg hy by.

Die maksimum entropie van donker materie is opgespoor in dwergstelsels, wat 'n hoër verhouding van donker materie tot totale materie het as massiewe sterrestelsels, dus is dit makliker om die effek daarin te sien. Die navorsers verwag egter dat dit algemene gedrag in alle soorte sterrestelsels is.

Die studie impliseer dat die verspreiding van materie in termodinamiese ewewig 'n baie laer sentrale digtheid het wat sterrekundiges aangeneem het vir baie praktiese toepassings, soos in die korrekte interpretasie van gravitasielense, of wanneer eksperimente ontwerp word om donker materie op te spoor deur die selfvernietiging daarvan.

Hierdie sentrale digtheid is basies vir die korrekte interpretasie van die kromming van die lig deur swaartekraglense: as dit minder dig is, is die effek van die lens minder. Om 'n swaartekraglens te gebruik om die massa van 'n sterrestelsel te meet, is 'n model nodig. As hierdie model verander word, verander die meting.

Die sentrale digtheid is ook baie belangrik vir eksperimente wat probeer om donker materie op te spoor deur die selfvernietiging daarvan te gebruik. Twee deeltjies van donker materie kan interaksie hê en verdwyn in 'n proses wat baie onwaarskynlik is, maar wat kenmerkend van hul aard is. Om tussen twee deeltjies te kommunikeer, moet dit bots. Die waarskynlikheid van hierdie botsing hang af van die digtheid van die donker materie, hoe hoër die konsentrasie van die donker materie, hoe groter is die waarskynlikheid dat die deeltjies sal bots.

"Daarom sal die verwagte produksietempo van die selfvernietigings verander as die digtheid so verander, en aangesien die eksperimente volgens die voorspelling van 'n gegewe tempo ontwerp is, sal die eksperiment waarskynlik nie 'n positiewe resultaat, ”sê Sánchez Almeida.

Laastens kan termodinamiese ewewig vir donker materie ook die helderheidsprofiel van die sterrestelsels verklaar. Hierdie helderheid val op 'n spesifieke manier met die afstand van die middelpunt van 'n sterrestelsel af waarvan die fisiese oorsprong onbekend is, maar waarvoor die navorsers werk om aan te toon dat dit die resultaat is van 'n ewewig met maksimum entropie.

Simulasie versus waarneming

Die digtheid van donker materie in die sentrums van sterrestelsels is al dekades lank 'n raaisel. Daar is 'n sterk verskil tussen die voorspellings van die simulasies ('n hoë digtheid) en die waargenome ('n lae waarde). Sterrekundiges het baie soorte meganismes voorgehou om hierdie groot meningsverskil op te los.

In hierdie artikel het die navorsers, met behulp van basiese fisiese beginsels, getoon dat die waarnemings weergegee kan word onder die aanname dat die donker materie in ewewig is, dit wil sê dat dit maksimum entropie het. Die gevolge van hierdie resultaat kan baie belangrik wees omdat dit aandui dat die donker materie energie met homself en / of met die oorblywende 'normale' (baroniese) materie verwissel het.

"Die feit dat ewewig binne so 'n kort tyd bereik is, in vergelyking met die ouderdom van die heelal, kan die gevolg wees van 'n soort interaksie tussen donker materie en normale materie, benewens swaartekrag," stel Ignacio Trujillo, 'n IAC-navorser, voor. en 'n mede-outeur van hierdie artikel. "Die presiese aard van hierdie meganisme moet ondersoek word, maar die gevolge kan fassinerend wees om te verstaan ​​wat hierdie komponent is wat die totale hoeveelheid materie in die heelal oorheers."


Nuwe eksperiment om interaksies tussen donker materie te ondersoek

Hierdie skema toon die beweging van 'n pulsar wat in die Melkweg en swaartekragveld val. Die geel pyl dui op beweging as gevolg van die erns van normale materie, terwyl die wit pyl beweging toon wat veroorsaak word deur die donker materie in en rondom die sterrestelsel. 'N Nuwe eksperiment is ontwerp om uit te vind of 'n moontlike vyfde krag werk met die swaartekrag wat deur donker materie gegenereer word. Beeld: R. Hurt (SSC), JPL-Caltech, NASA en pulsar-beeld deur NASA

Rondom 1600 het die eksperimente van Galileo Galilei hom tot die slotsom gebring dat in die swaartekragveld van die Aarde alle liggame, onafhanklik van hul massa en samestelling, dieselfde versnelling voel. Isaac Newton het slingereksperimente met verskillende materiale uitgevoer om die sogenaamde universaliteit van vrye val te verifieer en 'n presisie van 1: 1000 bereik. Meer onlangs het die satelliet-eksperiment MICROSCOPE daarin geslaag om die universaliteit van vrye val in die swaartekragveld van die aarde met 'n presisie van 1: 100 triljoen te bevestig.

Hierdie soort eksperimente kon egter net die universaliteit van vrye val na gewone materie toets, soos die Aarde self waarvan die samestelling deur yster (32%), suurstof (30%), silikon (15%) en magnesium (14%) oorheers word. ). Op groot skale blyk dit dat gewone materie slegs 'n klein fraksie van materie en energie in die heelal is.

Daar word geglo dat die sogenaamde donker materie ongeveer 80% van die saak in ons heelal uitmaak. Tot vandag toe is donker materie nog nie direk waargeneem nie. Sy teenwoordigheid word slegs indirek afgelei uit verskillende astronomiese waarnemings, soos die rotasie van sterrestelsels, die beweging van sterrestelsels en swaartekraglense. Die werklike aard van donker materie is een van die belangrikste vrae in die moderne wetenskap. Baie natuurkundiges glo dat donker materie bestaan ​​uit tot dusver onontdekte sub-atomiese deeltjies.

Met die onbekende aard van donker materie ontstaan ​​daar nog 'n belangrike vraag: is swaartekrag die enigste langafstand-wisselwerking tussen normale materie en donker materie? Met ander woorde, voel materie slegs die kromming in die ruimte-tyd wat deur donker materie veroorsaak word, of is daar 'n ander krag wat materie na donker materie trek, of dit selfs wegstoot en sodoende die algehele aantrekking tussen normale materie en donker materie verminder? Dit impliseer 'n skending van die universaliteit van vrye val na donker materie. Hierdie hipotetiese krag word soms benoem as 'vyfde krag', behalwe die bekende vier fundamentele interaksies in die natuur (gravitasie, elektromagnetiese en swak interaksie, sterk interaksie).

Op die oomblik is daar verskillende eksperimente wat streng perke stel vir so 'n vyfde krag wat van donker materie afkomstig is. Een van die strengste eksperimente gebruik die Aarde-Maan-baan en toets vir 'n afwykende versnelling in die rigting van die Galaktiese middelpunt, dit wil sê die middelpunt van die sferiese donker materie-halo van ons Melkweg. Die hoë presisie van hierdie eksperiment kom van Lunar Laser Ranging, waar die afstand na die maan met sentimeter akkuraatheid gemeet word deur laserpulse van die retro-weerkaatsers wat op die maan geïnstalleer is, te weerkaats.

Tot vandag toe het niemand so 'n vyfde kragmeting met 'n eksotiese voorwerp soos 'n neutronster gedoen nie. "Daar is twee redes waarom binêre pulsars 'n heeltemal nuwe manier open om so 'n vyfde krag tussen normale materie en donker materie te toets", sê Lijing Shao van die Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) in Bonn, Duitsland, die eerste skrywer van die publikasie in “Physical Review Letters”. 'Ten eerste bestaan ​​'n neutronster uit materie wat nie in 'n laboratorium gebou kan word nie, wat baie keer digter is as 'n atoomkern en feitlik geheel en al uit neutrone bestaan. Boonop kan die enorme swaartekragvelde in 'n neutronster, miljard keer sterker as dié van die son, die wisselwerking met donker materie in beginsel aansienlik verbeter. ”

Die wentelbaan van 'n binêre pulsar kan met hoë presisie verkry word deur die aankomstyd van die radioseine van die pulsar met radioteleskope te meet. Vir sommige pulse kan 'n presisie van beter as 100 nanosekondes bereik word, wat ooreenstem met 'n bepaling van die polsbaan met 'n presisie van beter as 30 meter.

Om die universaliteit van vrye val na donker materie te toets, het die navorsingspan 'n besonder geskikte binêre pulser geïdentifiseer, genaamd PSR J1713 + 0747, wat ongeveer 3800 ligjaar van die aarde af is. Dit is 'n millisekonde pulsar met 'n rotasieperiode van net 4,6 millisekondes en is een van die bestendigste rotators onder die bekende pulsarpopulasie. Boonop is dit in 'n byna sirkelvormige baan van 68 dae met 'n wit dwergmaat.

Terwyl pulsêre sterrekundiges gewoonlik belangstel in stywe binêre pulsars met vinnige wentelbeweging wanneer hulle algemene relatiwiteit toets, was die navorsers nou op soek na 'n stadig bewegende millisekonde pulsar in 'n wye baan. Hoe wyer die baan, hoe sensitiewer reageer dit op 'n skending van die universaliteit van vrye val. As die pulsar 'n ander versnelling in die rigting van donker materie voel as die wit dwerggenoot, moet 'n mens mettertyd 'n vervorming van die binêre baan sien, dit wil sê 'n verandering in sy eksentrisiteit.

“Meer as 20 jaar van gereelde tydsberekening met hoë presisie met Effelsberg en ander radioteleskope van die Europese Pulsar Timing Array en die Noord-Amerikaanse NANOGrav pulsar-tydsberekeningprojekte het met groot presisie getoon dat daar geen verandering in die eksentrisiteit van die baan is nie”, verduidelik Norbert Wex , ook van MPIfR. "Dit beteken dat die neutronster tot 'n hoë mate dieselfde aantrekkingskrag voel teenoor donker materie as vir ander vorme van standaard materie."

"Om hierdie toetse nog beter te maak, is ons besig om geskikte pulse naby groot hoeveelhede donker materie te soek", sê Michael Kramer, direkteur van MPIfR en hoof van die navorsingsgroep "Fundamental Physics in Radio Astronomy". 'Die ideale plek is die Galactic-sentrum waar ons Effelsberg en ander teleskope in die wêreld gebruik om 'n blik te maak as deel van ons Black Hole Cam-projek. Sodra ons die vierkante kilometerreeks kry, kan ons die toetse baie presies maak, ”sluit hy af.


Nuwe kaart vir donker materie onthul kosmiese misterie

Die resultate is 'n verrassing omdat dit toon dat dit effens gladder en verspreid is as wat die huidige teorieë voorspel.

Dit blyk dat die waarneming afwyk van Einstein se algemene relatiwiteitsteorie - wat 'n raaisel vir navorsers is.

Die resultate is gepubliseer deur die Dark Energy Survey Collaboration.

Dark Matter is 'n onsigbare stof wat die ruimte deurdring. Dit beslaan 80% van die saak in die heelal.

Sterrekundiges kon uitvind waar dit was omdat dit lig van sterre ver verwyder het. Hoe groter die vervorming, hoe groter die konsentrasie van donker materie.

Dr Niall Jeffrey, van École Normale Supérieure, in Parys, wat die kaart saamgevoeg het, het gesê dat die resultaat 'n & quotprobleem & quot vir fisika is.

& quot As hierdie verskil verskil, dan was Einstein miskien verkeerd, 'het hy aan BBC News gesê. & quotJy sou miskien dink dat dit 'n slegte ding is, dat fisika miskien gebreek is. Maar vir 'n fisikus is dit uiters opwindend. Dit beteken dat ons iets nuuts kan uitvind oor hoe die Heelal werklik is. & Quot

Prof Carlos Frenk, van die Durham Universiteit, wat een van die wetenskaplikes was wat voortgebou het op die werk van Albert Einstein en ander om die huidige kosmologiese teorie te ontwikkel, het gesê hy het gemengde emosies as hy die nuus hoor.

& quot Ek het my lewe aan hierdie teorie gewy en my hart vertel my dat ek dit nie wil sien ineenstort nie. Maar my brein sê vir my dat die metings korrek was, en ons moet kyk na die moontlikheid van nuwe fisika, & quot; het prof Frenk gesê.

& quot Dan krimp my maag, want ons het geen vaste gronde om te verken nie, omdat ons geen fisiese teorie het om ons te lei nie. Dit maak my baie senuweeagtig en vreesbevange, want ons betree 'n heeltemal onbekende domein en wie weet wat ons gaan vind. & Quot

Die span agter die nuwe werk het die Victor M Blanco-teleskoop in Chili gebruik om 100 miljoen sterrestelsels te ontleed.

Die kaart wys hoe donker materie oor die heelal uitsprei. Die swart gebiede is uitgestrekte gebiede van niks, wat leemtes genoem word, waar die wette van fisika anders kan wees. Die helder gebiede is waar donker materie gekonsentreer is. Hulle word & quothalos & quot genoem, want in die middel is dit waar ons werklikheid bestaan. In hulle midde is sterrestelsels soos ons eie Melkweg, wat helder skyn soos klein juwele op 'n uitgestrekte kosmiese web.

Volgens dr Jeffrey, wat ook deel is van 'n departement aan die University College in Londen, toon die kaart duidelik dat sterrestelsels deel is van 'n groter onsigbare struktuur.

Niemand in die geskiedenis van die mensdom kon in die ruimte uitkyk en sien waar donker materie in so 'n mate is nie. Sterrekundiges kon foto's van klein kolle bou, maar ons het groot nuwe dele onthul wat baie meer van die struktuur daarvan toon. Vir die eerste keer kan ons die heelal op 'n ander manier sien. & Quot

Maar die nuwe kaart vir donker materie toon nie heeltemal wat sterrekundiges verwag het nie. Hulle het 'n akkurate idee van die verspreiding van materie 350 000 jaar na die oerknal van 'n Europese Ruimteagentskap wat 'n sterrewag wentel genaamd Planck. Dit het die straling gemeet wat nog op daardie oomblik aanwesig was, die kosmiese mikrogolfagtergrond genoem, of meer digterlik die & quotafterglow of creation & quot.

Op grond van die idees van Einstein het sterrekundiges, soos prof Frenk, 'n model ontwikkel om te bereken hoe materie oor die volgende 13,8 miljard jaar tot vandag toe moet versprei. Maar die werklike waarnemings op die nuwe kaart is met 'n paar persent uit - dit wys dat materie effens te eweredig versprei is.

As gevolg hiervan dink prof Frenk dat daar groot veranderinge in ons begrip van die kosmos aan die gang kan kom.

& quot; Ons het miskien iets wesenliks aan die wêreld se weefsel ontdek. Die huidige teorie berus op baie sketsagtige pilare wat van sand gemaak is. En wat ons dalk sien, is die ineenstorting van een van daardie pilare. & Quot

Maar ander, soos prof Ofer Lahav, van die University College in Londen, het 'n meer konserwatiewe siening.

& quotDie groot vraag is of Einstein se teorie perfek is. Dit lyk asof dit elke toets slaag, maar met enkele afwykings hier en daar. Miskien het die astrofisika van die sterrestelsels net 'n paar aanpassings nodig. In die geskiedenis van die kosmologie is daar voorbeelde waar probleme verdwyn het, maar ook voorbeelde toe die denke verander. Dit sal fassinerend wees om te sien of die huidige & # x27spanning & # x27 in Kosmologie tot 'n nuwe paradigmaverskuiwing sal lei, & quot; het hy gesê.

Die DES-samewerking bestaan ​​uit meer as 400 wetenskaplikes van 25 instellings in sewe lande.


2 antwoorde 2

Daar is baie mal maniere waarop u swaartekrag kan verander in die hoop om donker materie te verklaar, maar die punt is dat geen van hierdie wysigings tot dusver gewerk het nie. Nie een van hulle beskryf ons waarnemings behoorlik nie (dit is waarvoor ons die meeste moet omgee), en die beste pasvorm is eenvoudige CDM. As u iets anders wil voorstel, moet u 'n deeglike en konsekwente teorie hê spesifieke voorspellings en pas ook by waarneming.

U stelling / vraag, en vertel my waarom dit verkeerd is & quot is nie 'n goeie manier om dinge te verwoord nie. U moet regtig 'n teorie aanbied en bereken wat dit voorspel, eerder as om 'n vae idee te hê en ander te vra om dit te vervals. Mense werk aan 'n groot hoeveelheid idees - die rede waarom hulle nie a priori as korrek aanvaar word nie, is omdat daar nie getoon is dat dit is nie. Die bewyslas lê op die persoon wat nuwe idees aanbied, en nie die res van die wetenskaplike gemeenskap om dit verkeerd te bewys nie *.

Ek verstaan ​​nie waarom Dark Matter of MOND / & quotgravity op groter skale anders werk nie & quot die enigste opsies is om die waarnemingsdata te verklaar.

U vra u waarom teorie X die data pas, maar teorie Y nie? Dit klink meer na 'n filosofiese vraag.

---Wysig---
Laastens, om by u tweede vraag aan te sluit, ken ons die voortplantingsgrade van vryheid in GR: daar is twee daarvan, die twee tensormodusse (twee polarisasies van gravitasiegolwe). Ons verstaan ​​hulle redelik goed, veral sedert die opsporing van swaartekraggolwe. Dit is nie soos u hier beskryf nie.

In wysigings kan u meer vryheidsgrade en / of skalaar / vektor-modusse hê, maar dit is al redelik beperk soos deur die CMB. Wat die hele landskap van moontlike teorieë en hul voorspellings betref, is ek nie seker of iemand dit kan doen nie uitskakel dinge wat op 'n manier soos donker materie optree, maar dit is nog nie op 'n oortuigende manier voorgehou nie.

* Natuurlik spandeer mense baie tyd om probleme en teenstrydighede in fisiese teorieë te vind, maar dit is nie waaroor ons hier praat nie.


Donker materie vertraag die draai van die Melkweg se galaktiese staaf

Die draai van die Melkweg se galaktiese staaf, wat bestaan ​​uit miljarde gegroepeerde sterre, het sedert die ontstaan ​​daarvan met ongeveer 'n kwart vertraag, volgens 'n nuwe studie deur navorsers aan die University College in Londen en die Universiteit van Oxford.

Universiteitskollege Londen

BEELD: Artist's conception of the Milky Way galaxy. view more

The spin of the Milky Way's galactic bar, which is made up of billions of clustered stars, has slowed by about a quarter since its formation, according to a new study by researchers at University College London (UCL) and the University of Oxford.

Al 30 jaar lank het astrofisici so 'n verlangsaming voorspel, maar dit is die eerste keer dat dit gemeet word.

Volgens die navorsers gee dit 'n nuwe insig in die aard van donker materie, wat optree soos 'n teengewig wat die draai vertraag.

In the study, published in the Maandelikse kennisgewings van die Royal Astronomical Society, researchers analysed Gaia space telescope observations of a large group of stars, the Hercules stream, which are in resonance with the bar - that is, they revolve around the galaxy at the same rate as the bar's spin.

Hierdie sterre word swaartekrag vasgevang deur die draai-balk. The same phenomenon occurs with Jupiter's Trojan and Greek asteroids, which orbit Jupiter's Lagrange points (ahead and behind Jupiter). If the bar's spin slows down, these stars would be expected to move further out in the galaxy, keeping their orbital period matched to that of the bar's spin.

The researchers found that the stars in the stream carry a chemical fingerprint - they are richer in heavier elements (called metals in astronomy), proving that they have travelled away from the galactic centre, where stars and star-forming gas are about 10 times as rich in metals compared to the outer galaxy.

Using this data, the team inferred that the bar - made up of billions of stars and trillions of solar masses - had slowed down its spin by at least 24% since it first formed.

Co-author Dr Ralph Schoenrich (UCL Physics & Astronomy) said: "Astrophysicists have long suspected that the spinning bar at the centre of our galaxy is slowing down, but we have found the first evidence of this happening.

"The counterweight slowing this spin must be dark matter. Until now, we have only been able to infer dark matter by mapping the gravitational potential of galaxies and subtracting the contribution from visible matter.

"Our research provides a new type of measurement of dark matter - not of its gravitational energy, but of its inertial mass (the dynamical response), which slows the bar's spin."

Co-author and PhD student Rimpei Chiba, of the University of Oxford, said: "Our finding offers a fascinating perspective for constraining the nature of dark matter, as different models will change this inertial pull on the galactic bar.

"Our finding also poses a major problem for alternative gravity theories - as they lack dark matter in the halo, they predict no, or significantly too little slowing of the bar."

The Milky Way, like other galaxies, is thought to be embedded in a 'halo' of dark matter that extends well beyond its visible edge.

Dark matter is invisible and its nature is unknown, but its existence is inferred from galaxies behaving as if they were shrouded in significantly more mass than we can see. There is thought to be about five times as much dark matter in the Universe as ordinary, visible matter.

Alternative gravity theories such as modified Newtonian dynamics reject the idea of dark matter, instead seeking to explain discrepancies by tweaking Einstein's theory of general relativity.

The Milky Way is a barred spiral galaxy, with a thick bar of stars in the middle and spiral arms extending through the disc outside the bar. The bar rotates in the same direction as the galaxy.

The research received support from the Royal Society, the Takenaka Scholarship Foundation, and the Science and Technology Facilities Council (STFC).

Vrywaring: AAAS en EurekAlert! is nie verantwoordelik vir die akkuraatheid van nuusberigte wat aan EurekAlert gepos word nie! deur instellings by te dra of vir die gebruik van enige inligting deur die EurekAlert-stelsel.


A New Experiment to Understand Dark Matter

Is dark matter a source of a yet unknown force in addition to gravity? The mysterious dark matter is little understood and trying to understand its properties is an important challenge in modern physics and astrophysics. Researchers at the Max Planck Institute for Radio Astronomy in Bonn, Germany, have proposed a new experiment that makes use of super-dense stars to learn more about the interaction of dark matter with standard matter. This experiment already provides some improvement in constraining dark matter properties, but even more progress is promised by explorations in the centre of our Milky Way that are underway.

The findings are published in the journal Physical Review Letters (2018 June 15 issue).

Schematic image of a pulsar, falling in the gravitational field of the Milky Way. The two arrows indicate the direction . [more]

Schematic image of a pulsar, falling in the gravitational field of the Milky Way. The two arrows indicate the direction of the attractive forces, towards the standard matter - stars, gas, etc. (yellow arrow) and towards the spherical distribution of dark matter (grey arrow). The question is, whether dark matter attracts the pulsar only by gravity or, in addition to gravity, by a yet unknown „fifth force“?

Schematic image of a pulsar, falling in the gravitational field of the Milky Way. The two arrows indicate the direction of the attractive forces, towards the standard matter - stars, gas, etc. (yellow arrow) and towards the spherical distribution of dark matter (grey arrow). The question is, whether dark matter attracts the pulsar only by gravity or, in addition to gravity, by a yet unknown „fifth force“?

Around 1600, Galileo Galilei’s experiments brought him to the conclusion that in the gravitational field of the Earth all bodies, independent of their mass and composition feel the same acceleration. Isaac Newton performed pendulum experiments with different materials in order to verify the so-called universality of free fall and reached a precision of 1:1000. More recently, the satellite experiment MICROSCOPE managed to confirm the universality of free fall in the gravitational field of the Earth with a precision of 1:100 trillion.

These kind of experiments, however, could only test the universality of free fall towards ordinary matter, like the Earth itself whose composition is dominated by iron (32%), oxygen (30%), silicon (15%) and magnesium (14%). On large scales, however, ordinary matter seems to be only a small fraction of matter and energy in the universe.

It is believed that the so-called dark matter accounts for about 80% of the matter in our Universe. Until today, dark matter has not been observed directly. Its presence is only indirectly inferred from various astronomical observations like the rotation of galaxies, the motion of galaxy clusters, and gravitational lenses. The actual nature of dark matter is one of the most prominent questions in modern science. Many physicists believe that dark matter consists of so far undiscovered sub-atomic particles.

With the unknown nature of dark matter another important question arises: is gravity the only long-range interaction between normal matter and dark matter? In other words, does matter only feel the space-time curvature caused by dark matter, or is there another force that pulls matter towards dark matter, or maybe even pushes it away and thus reduces the overall attraction between normal matter and dark matter. That would imply a violation of the universality of free fall towards dark matter. This hypothetical force is sometimes labeled as “fifth force”, besides the well-known four fundamental interactions in nature (gravitation, electromagnetic & weak interaction, strong interaction).

At present, there are various experiments setting tight limits on such a fifth force originating from dark matter. One of the most stringent experiments uses the Earth-Moon orbit and tests for an anomalous acceleration towards the Galactic center, i.e. the center of the spherical dark matter halo of our Galaxy. The high precision of this experiment comes from Lunar Laser Ranging, where the distance to the Moon is measured with centimeter precision by bouncing laser pulses of the retro reflectors installed on the Moon.

Until today, nobody has conducted such a fifth force test with an exotic object like a neutron star. “There are two reasons that binary pulsars open up a completely new way of testing for such a fifth force between normal matter and dark matter”, says Lijing Shao from the Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) in Bonn, Germany, the first author of the publication in “Physical Review Letters”. “First, a neutron star consists of matter which cannot be constructed in a laboratory, many times denser than an atomic nucleus and consisting nearly entirely of neutrons. Moreover, the enormous gravitational fields inside a neutron star, billion times stronger than that of the Sun, could in principle greatly enhance the interaction with dark matter.”

The orbit of a binary pulsar can be obtained with high precision by measuring the arrival time of the radio signals of the pulsar with radio telescopes. For some pulsars, a precision of better than 100 nanoseconds can be achieved, corresponding to a determination of the pulsar orbit with a precision better than 30 meters.

To test the universality of free fall towards dark matter, the research team identified a particularly suitable binary pulsar, named PSR J1713+0747, which is at a distance of about 3800 light years from the Earth. This is a millisecond pulsar with a rotational period of just 4.6 milliseconds and is one of the most stable rotators amongst the known pulsar population. Moreover, it is in a nearly circular 68-day orbit with a white dwarf companion.

While pulsar astronomers usually are interested in tight binary pulsars with fast orbital motion when testing general relativity, the researchers were now looking for a slowly moving millisecond pulsar in a wide orbit. The wider the orbit, the more sensitive it reacts to a violation of the universality of free fall. If the pulsar feels a different acceleration towards dark matter than the white dwarf companion, one should see a deformation of the binary orbit over time, i.e. a change in its eccentricity.

“More than 20 years of regular high precision timing with Effelsberg and other radio telescopes of the European Pulsar Timing Array and the North American NANOGrav pulsar timing projects showed with high precision that there is no change in the eccentricity of the orbit”, explains Norbert Wex, also from MPIfR. “This means that to a high degree the neutron star feels the same kind of attraction towards dark matter as towards other forms of standard matter.”

“To make these tests even better, we are busily searching for suitable pulsars near large amounts of expected dark matter”, says Michael Kramer, director at MPIfR and head of its “Fundamental Physics in Radio Astronomy” research group. “The ideal place is the Galactic centre where we use Effelsberg and other telescopes in the world to have a look as part of our Black Hole Cam project. Once we will have the Square Kilometre Array, we can make those tests super-precise”, he concludes.

BlackHoleCam is an ERC-funded Synergy project to finally image, measure and understand astrophysical black holes. Its principal investigators, Heino Falcke, Michael Kramer and Luciano Rezzolla, test fundamental predictions of Einstein’s theory of General Relativity. The BlackHoleCam team members are active partners of the global Event Horizon Telescope Consortium (EHTC).