Ի՞նչ է մութ նյութը։
Աստղագիտության և տիեզերագիտության մեջ կան մի քանի երևույթներ, որոնք առաջացնում են ինչպես անհանգստություն, այնպես էլ ոգևորություն գիտնականների շրջանում. դրանցից մեկը «մութ նյութ» հասկացությունն է: Այս տերմինը կարող է հնչել որպես գիտաֆանտաստիկ ֆիլմից կամ դավադրության վեպից վերցված ինչ-որ բան, բայց մութ նյութը ֆիզիկական իրականություն է, որը խորապես ազդում է մեր տիեզերքի վրա: Այս հոդվածի նպատակն է ուսումնասիրել, թե ինչ է մութ նյութը, ինչպես ենք այն հայտնաբերել և ինչու է այս հասկացությունն այդքան կարևոր տիեզերքի մեր ըմբռնման համար:
Ի՞նչ է մութ նյութը։
Մութ նյութը նյութի մի տեսակ է, որը չի արձակում կամ չի փոխազդում էլեկտրամագնիսական ճառագայթման հետ, ինչպես լույսը։ Հետևաբար, այն չի կարող տեսանելի լինել սովորական աստղադիտակներով։ Այս նյութը կոչվում է «մութ» ոչ թե այն պատճառով, որ այն պարուրված է խավարով, այլ որովհետև այն չի կարող ուղղակիորեն հայտնաբերվել ավանդական օպտիկական սարքերով։ Այնուամենայնիվ, չնայած իր անտեսանելիությանը, մութ նյութի առկայությունը կարելի է հայտնաբերել սովորական նյութի, ինչպիսիք են աստղերը և գալակտիկաները, վրա դրա գրավիտացիոն ազդեցության միջոցով։
Մութ նյութի հայտնաբերման պատմությունը
Մութ նյութի հասկացությունն առաջին անգամ առաջարկվել է 20-րդ դարի սկզբին: 1930-ականներին աստղագետ Ֆրից Ցվիկին նկատեց, որ կույտերի (գալակտիկաների խմբերի) մեջ գտնվող գալակտիկաները շարժվում են չափազանց արագ, որպեսզի դրանց զանգվածը տեսանելի լինի: Եթե զանգվածը միակ բանն էր, որ մենք կարող էինք տեսնել, կույտերը պետք է մասնատվեին: Ցվիկին այս բացակայող զանգվածը գերմաներեն անվանեց «dunkle materie» կամ մութ նյութ:
Այս հայտնագործությունը հետագայում հաստատվեց Վերա Ռուբինի և Քենթ Ֆորդի կողմից 1970-ականներին, երբ նրանք պարզեցին, որ գալակտիկաների արտաքին եզրերին գտնվող աստղերի պտտման արագությունը չի նվազում գալակտիկայի կենտրոնից հեռավորության մեծացման հետ։ Նյուտոնի ձգողականության օրենքի համաձայն, պտտման արագությունը պետք է նվազի հեռավորության մեծացման հետ, եթե չկա թաքնված զանգված, որը լրացուցիչ ձգողական ուժ է գործադրում։ Սա այսպես կոչված պտտման արագության սահմանն է կամ «հարթ» պտտման կորը, որը հստակ ապացույց է մութ նյութի առկայության համար։
Մութ նյութի գոյության ապացույցներ
1. Գալակտիկայի պտտման արագությունը
Ինչպես նշվեց, գալակտիկաների պտտման արագությունների անոմալիաները մութ նյութի առկայության ամենաուժեղ ապացույցներից են։ Առանց մութ նյութի, ակնհայտ զանգվածի բաշխումը չի կարող բացատրել դիտարկվող պտտման արագությունները։
2. Գրավիտացիոն ոսպնյակ
Գրավիտացիոն ոսպնյակավորման երևույթը հեռավոր մարմիններից եկող լույսի կորացումն է, որն առաջանում է լույսի ճանապարհին գտնվող կենտրոնացված զանգվածների, ինչպիսիք են գալակտիկաները կամ գալակտիկաների կույտերը, պատճառով։ Գրավիտացիոն ոսպնյակավորման դիտարկումները ցույց են տալիս, որ այս էֆեկտն առաջացնող զանգվածը շատ ավելի մեծ է, քան թվում է։
3. Տիեզերական ֆոնային միկրոալիքային ճառագայթում (ՏՖՄ)
ԿՄՄ-ն Մեծ պայթյունից մնացած ճառագայթումն է, որը թափանցում է տիեզերքով մեկ: ԿՄՄ-ի տատանումները կարևոր տեղեկություններ են տրամադրում վաղ տիեզերքում նյութի և էներգիայի բաշխման մասին: WMAP-ի և Planck-ի նման արբանյակներից ստացված տվյալները ցույց են տալիս, որ նյութի մեծ մասը չի փոխազդում էլեկտրամագնիսական ճառագայթման հետ, ինչը կրկին ենթադրում է մութ նյութի գոյությունը:
Մութ նյութի մասին տեսություններ
Այս բոլոր ապացույցները հետևողականորեն մատնանշում են տիեզերքը լցնող աներևակայելի ծանր, բայց անտեսանելի մի բանի մասին։ Այնուամենայնիվ, մութ նյութի ճշգրիտ բնույթը մնում է առեղծված։ Գոյություն ունեն մի քանի տեսություններ, որոնք բացատրում են, թե ինչ է մութ նյութը.
1. Մութ նյութի մասնիկներ
Մի առաջատար տեսություն այն է, որ մութ նյութը բաղկացած է դեռևս չհայտնաբերված մասնիկներից: Այս կատեգորիայի առաջատար թեկնածուներն են թույլ փոխազդող զանգվածային մասնիկները (ԹՄՄՄ) և աքսիոնները: ԹՄՄՄ-ները տեսական մասնիկներ են, որոնք փոխազդում են միայն ձգողականության և թույլ միջուկային ուժի միջոցով, մինչդեռ աքսիոնները գերթեթև մասնիկներ են, որոնք առաջարկվում են մասնիկային ֆիզիկայի ստանդարտ մոդելի որոշ խնդիրներ լուծելու համար:
2. Ձգողականության օրենքի փոփոխություն
Մեկ այլ, շատ ավելի վիճահարույց այլընտրանքն այն է, որ մութ նյութը ընդհանրապես գոյություն չունի, բայց փոփոխություն կպահանջի ձգողականության օրենքը, ինչպես մենք այն ներկայումս հասկանում ենք: Նյուտոնյան դինամիկայի փոփոխված տեսությունները (MOND) և ձգողականության թենզոր-վեկտոր-սկալյար տեսությունը (TeVeS) փորձում են վերանայել ձգողականության օրենքը՝ բացատրելու գալակտիկաների պտտման արագությունները՝ առանց մութ նյութի անհրաժեշտության:
3. ՄԱՉՈՆԵՐ
MACHO-ները կամ զանգվածային կոմպակտ հալո օբյեկտները չափազանց խիտ օբյեկտներ են, որոնք քիչ լույս են արձակում, ինչպիսիք են սև խոռոչները, նեյտրոնային աստղերը և «ձախողված» մոլորակները, որոնք կոչվում են շագանակագույն թզուկներ: Այնուամենայնիվ, դիտարկումները ցույց են տալիս, որ MACHO-ները բավարար չեն գրավիտացիոն անոմալիաները լուծելու համար անհրաժեշտ մութ նյութի մեծ մասը հաշվի առնելու համար:
Ինչո՞ւ է մութ նյութը կարևոր։
Մութ նյութի կարևորությունը ժամանակակից տիեզերագիտության մեջ անհնար է գերագնահատել։ Մութ նյութը ազդում է տիեզերքի խոշոր կառուցվածքների, ինչպիսիք են գալակտիկաները և գալակտիկաների կույտերը, ձևավորման և էվոլյուցիայի վրա։ Առանց մութ նյութի գալակտիկաները, հավանաբար, չէին ձևավորվի, կամ առնվազն չէին գոյատևի այնպես, ինչպես այսօր։
1. Տիեզերքի կառուցվածքը. Մութ նյութը տիեզերքի կառուցման գործում հանդես է գալիս որպես «պողպատե շրջանակ», ապահովելով մեր դիտարկած կառուցվածքների ձևավորման համար անհրաժեշտ ձգողականության ուժը։
2. Ավելի խորը հասկացողություն. մութ նյութի բացահայտումը կարող է նոր պատկերացումներ բացել մասնիկների ֆիզիկայի մասին, հնարավոր է՝ նույնիսկ հանգեցնելով ֆիզիկայի նոր օրենքների մշակմանը։
3. Տիեզերքի էվոլյուցիան. Մութ նյութը հնարավորություն է տալիս պատկերացում կազմել այն մասին, թե ինչպես է տիեզերքը զարգացել Մեծ պայթյունից հետո իր սկզբնական վիճակից մինչև ներկայիս տեսքը։
Ապագայի մարտահրավերներ և հեռանկարներ
Մութ նյութի հետազոտությունները բախվում են բազմաթիվ մարտահրավերների։ Լույսի հետ դրա չփոխազդեցությունը չափազանց դժվարացնում է դրա հայտնաբերումը։ Բազմաթիվ փորձեր են անցկացվել մութ նյութի մասնիկները որսալու համար՝ օգտագործելով բարդ մասնիկների դետեկտորներ, սակայն մինչ այժմ արդյունքները անհամոզիչ են եղել։
Ապագայում, նոր գործիքներ, ինչպիսիք են Մեծ Հադրոնային Բախիչը (LHC) և Advanced LIGO գրավիտացիոն ալիքային աստղադիտարանը, կարող են լրացուցիչ տեղեկություններ տրամադրել մութ նյութի բնույթի և գոյության մասին: Տարբեր տիեզերական գործակալությունների կողմից մշակված ապագա առաքելությունները նույնպես կարող են նոր տվյալներ տրամադրել, որոնք կարող են մեզ ավելի մոտեցնել այս մեծ առեղծվածի ըմբռնմանը:
Եզրակացություն
Մութ նյութը տիեզերքի հյուսվածքի ուշագրավ մասն է կազմում, որը կարևոր դեր է խաղում գալակտիկաների և այլ խոշոր կառույցների դինամիկայի և էվոլյուցիայի մեջ: Չնայած այն ուղղակիորեն չի կարող տեսանելի լինել, դրա առկայությունը ապացուցվում է բազմաթիվ աստղագիտական ֆենոմեններում դիտարկվող գրավիտացիոն էֆեկտներով: Շարունակական հետազոտությունների և փորձերի շնորհիվ մեր հույսն է մի օր լիովին հասկանալ, թե ինչ է մութ նյութը և ինչպես է այն ազդում տիեզերքի վրա: Մինչ այդ, մութ նյութը մնում է մարդկության կողմից լուծման սպասող ամենահետաքրքիր առեղծվածներից մեկը:
