Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Kunne Dark Matter skygge for livet?

Hvem siger, at baryonisk stof får det sjovt at skabe liv? Fancy/Veer/Corbis/Getty Images

Langt størstedelen af ​​massen i vores univers er usynlig, og et stykke tid, fysikere har virkelig forsøgt at forstå, hvad disse undvigende "ting" er. Antages at være en slags partikel, der er håb om, at Large Hadron Collider kan producere en partikel af mørkt stof, eller at et rumteleskop kan opdage den åbenlyse gammastrålesignal for mørke stofpartikler, der støder sammen. Men indtil videre, hints har været få og langt imellem; et problem, der tvinger teoretiske fysikere til at finde på nye ideer.

I en mind-bending 2017 op-ed for Nautilus, den berømte teoretiske fysiker Lisa Randall dykkede i en af ​​de mere ekstreme muligheder for mørkt stof. I stedet for at tænke på mørkt stof som en type partikel, måske mørkt stof består af en hel familie af partikler, der skaber mørke stjerner, mørke galakser, mørke planeter og måske, mørk liv ? Dette mørke universs kemi kan være lige så rig og varieret som vores "almindelige kemi".

Men lad dig ikke blive begejstret for at have et tæt møde med disse "mørke rumvæsener" endnu.

The Dark Matter Problem

Vores univers er et vidunderligt, alligevel forvirrende sted.

I de sidste årtier har vi har indset, at 84,5 procent af universets materie er usynlig. I betragtning af den temmelig akavede moniker "mørkt stof, "disse ting eksisterer i en tilstand, der ikke interagerer med" almindeligt "stof. Ligesom" mørk energi, "disse ting er" mørke ", fordi vi ikke forstår, hvad de er.

Hvis der sad en klump mørkt stof på mit skrivebord, Jeg ville ikke vide, at det var der. Faktisk, den mørke stofklump kunne slet ikke "sidde" på mit skrivebord. Det ville falde gennem skrivebordet og gulvet og ned i jordskorpen, suser mod gravitationsbrønden i kernen af ​​vores planet. Eller den kan zoome uforklarligt ud i rummet. Mørkt stof interagerer så svagt, at klumpen ville passere gennem alt almindeligt stof, som om det ikke engang var der.

På små skalaer, tyngdekraften af ​​mørkt stof er lille, men over kosmologiske afstande, mørkt stofs tilstedeværelse mærkes helt sikkert - det kan indirekte observeres fra dens tyngdekraftsindflydelse på klynger af galakser og dens indvirkning på galaksernes spin. Så vi ved godt det er derude, vi kan bare ikke se det.

Imidlertid, vi ved ikke hvad "det" er, selvom der er teorier.

Almindeligt stof - alias baryonisk stof - interagerer via det elektromagnetiske, tyngdekraft, svage og stærke atomkræfter. Disse kræfter overfører energi og tilvejebringer strukturen af ​​alt stof. Mørkt stof, på den anden side, ses normalt som en amorf sky af "ting", der ikke kan interagere via den elektromagnetiske, svage eller stærke kræfter. Det antages derfor, at mørkt stof er "nonbaryonisk". (Selvom der er nogle teorier, der antyder en baryonsk kilde til mørkt stof - især MACHO'er, eller massive kompakte glorieobjekter. Kun gravitationsvirkningerne af nonbaryonisk stof kan observeres, når nok af stoffet klumper sammen.

Den førende kandidat i søgningen efter mørkt stof er den passende navn WIMP, et akronym for svagt interagerende massiv partikel. Som navnet antyder, denne hypotetiske partikel interagerer ikke med normalt stof - den er derfor nonbaryonisk.

Etablerede kosmologiske modeller forudsiger, at mørkt stof - det være sig WIMP'er eller en anden form som "aksioner" - giver vores univers struktur og er normalt forenklet som den "lim", der holder vores univers sammen. Klumper sig sammen som et voksende 3-D web, mørkt stof påvirker udviklingen af ​​galakser. Som perler på en snor, disse mørke stoffer klumper gravitationsmæssigt almindeligt stof i klynger af galakser med store tomme hulrum imellem.

Astronom Vera Rubin, mens man observerer galaksernes spin, bemærkede først, at det meste af sagen i galakser ikke kan ses. Kun en lille procentdel er synlig som stjernerne, gas og støv; resten er holdt i en stor, men usynlig mørk materie -glorie. Det er som om vores synlige galakse af almindeligt stof blot er navkapslen på et massivt mørkt stofhjul, der strækker sig langt ud over grænserne for det, vi kan se.

I forskning udgivet af Randall og hendes team i 2013, et mere komplekst syn på mørkt stof blev undersøgt og anvendt på denne massive "mørke galakse", som vores synlige galakse er indlejret i. I denne opfattelse, vores galakses mørke stof -glorie består ikke kun af en type amorf masse af nonbaryonisk stof.

"Det virker meget mærkeligt at antage, at alt mørkt stof kun består af en type partikel, "Randall skriver i sin op-ed." ... en upartisk videnskabsmand skulle ikke antage, at mørkt stof ikke er så interessant som almindeligt stof og nødvendigvis mangler en mangfoldighed af stof, der ligner vores eget. "

Et rigt "skyggeunivers"?

Ligesom vores synlige univers styres af fysikkens standardmodel-fungerer en velafprøvet partikelfamilie (inklusive den berømte Higgs-boson) og kræfter i en rig og varieret model af partikler af mørkt stof og mørke kræfter i denne mørke galaktiske glorie?

Denne forskning følger den logiske vej for at antage, at der er et stort udvalg af ukendt fysik i den mørke sektor, kan der være et univers - lad os kalde det "skyggeuniverset" - der eksisterer parallelt med vores eget og besidder alle de kompleksiteter, vores synlige univers har at tilbyde?

Astrofysikere har tidligere antaget, at "mørke stjerner" - stjerner fremstillet af mørkt stof - kan have eksisteret i vores urunivers og kan fortsætte den dag i dag. Hvis dette er tilfældet, Randall argumenterer, måske "mørke planeter" kan have dannet sig, også. Hun tager derefter denne idé et skridt videre:Hvis der er en familie af partikler af mørkt stof, styret af kræfter, der kun er tilgængelige i den mørke sektor, kan dette rige også have kompleks kemi? Hvis så, kan der være liv?

Hvis der er "skyggeliv", der lever sine dage parallelt med vores univers, du kan glemme ethvert håb om at opdage det, imidlertid.

"Du aner ikke, hvor sødt mørkt stof livet kan være - og det vil du næsten aldrig gøre." Teoretisk fysiker Lisa Randall, skriver i Nautilus

Skyggerlivet forbliver i skyggerne

Det kan være fristende at bruge denne hypotese til at bortforklare dagligdags mysterier eller endda paranormale påstande, som videnskaben ikke kan bekræfte. Hvad hvis "spøgelser" eller uforklarlige "lys på himlen" er disse mørke skabninger, der gør deres tilstedeværelse gældende i vores rige?

Selvom dette kan give en sjov science fiction -historie, de mørke skabninger ville leve i skyggeuniverset, der er helt uforeneligt med almindeligt stof. Deres partikler og kræfter ville ikke have nogen indvirkning på vores univers. Jeg kunne skrive denne artikel dybt i en regnskov i mørkt stof fyldt med væsner i et brølende økosystem i mørkt stof, men jeg aner ikke.

Men da vi sameksisterer med dette skyggeunivers i samme rumtid - der kræves ingen ekstra dimensioner eller flere universer - der er et signal, der kunne overføres.

Gravitationsbølger blev først opdaget i 2016, og den første registrering af disse krusninger i rumtiden blev forårsaget af kollision af sorte huller. Det virker sandsynligt, at gravitationsbølger ville blive detekteret i den mørke sektor såvel som i vores univers, men kun de mest magtfulde kosmiske begivenheder i den mørke sektor ville kunne påvises her.

Kort sagt, vi vil næsten helt sikkert aldrig bevise eksistensen af ​​søde skabninger i mørkt stof, men Randall gør en vigtig pointe. Når man forestiller sig kilden til mørkt stof, vi ville være kloge at bevæge os ud over vores fordomme om, at mørkt stof er en simpel partikel; det kan repræsentere en kompleks familie af partikler og kræfter i mørkt stof, der ligger ud over, hvad vi muligvis kan forestille os.