ڊارڪ انرجي ۽ ڊارڪ ميٽر بابت نظريا
اسان جيڪا ڪائنات جو مشاهدو ڪريون ٿا - تارا، سيارا، تارن جي وچ ۾ گئس، ۽ ڪهڪشائون - ڪائنات جي صرف هڪ ننڍڙي حصي جي نمائندگي ڪن ٿيون. 20 صدي جي آخر کان وٺي، ڪائنات جا ماهر وڌيڪ ۽ وڌيڪ قائل ٿي ويا آهن ته ڪائنات جو سڀ کان وڏو جزو اصل ۾ اسان لاءِ نظر نه ٿو اچي. هن بحث ۾ ٻه اصطلاح جيڪي اڪثر اڀرن ٿا اهي آهن ڪارو مادو ۽ ڪارو توانائي. ٻئي "ڪارو" آهن ڇاڪاڻ ته اهي روشني کي اهڙي طريقي سان خارج، جذب يا عڪاسي نٿا ڪن جيڪو آساني سان معلوم ٿئي؛ جڏهن ته، انهن جا شڪي ڪردار ۽ خاصيتون تمام مختلف آهن. هي مضمون ڪارو مادو ۽ ڪارو توانائي بابت مکيه نظرين، انهن جي حمايت ڪندڙ مشاهداتي ثبوت، ۽ چئلينجن تي بحث ڪري ٿو جيڪي جديد سائنس اڃا تائين منهن ڏئي رهي آهي.
اسان کي "اونداهي" جي تصور جي ضرورت ڇو آهي؟
ڪائنات جي علم ۾، نظرين کي مشاهداتي ڊيٽا سان هم آهنگ ٿيڻ گهرجي. جڏهن فلڪيات دان ڪهڪشائن جي گردش جي رفتار، انهن جي روشني کي موڙڻ جو طريقو (ڪشش ثقل جي لينسنگ)، ۽ بگ بينگ (ڪاسمڪ مائڪرو ويڪرو پس منظر/سي ايم بي) کان بچيل تابڪاري نمونن کي ماپيندا آهن، ته نتيجا ظاهر ڪن ٿا ته "ڪجهه" اضافي طور تي ڪشش ثقل ۽ ڪائنات جي ارتقا کي متاثر ڪري رهيو آهي. پر اهو "ڪجهه" تارن وانگر چمڪندڙ مادو نظر نٿو اچي.
ٻئي طرف، هڪ تمام وڏي ڪائناتي پيماني تي، 1990 جي ڏهاڪي جي آخر ۾ قسم Ia سپرنووا جي مشاهدي هڪ حيرت انگيز حقيقت ظاهر ڪئي: ڪائنات جي توسيع سست نه ٿي رهي آهي، بلڪه تيز ٿي رهي آهي. هن تيزي کي بيان ڪرڻ لاءِ، منفي دٻاءُ سان هڪ جزو جي ضرورت هئي جيڪو خلائي وقت کي تيز ۽ تيز وڌائڻ لاءِ زور ڏئي رهيو هو. هن جزو کي بعد ۾ ڊارڪ انرجي جو نالو ڏنو ويو.
ڊارڪ ميٽر: اهم نظريا ۽ ثبوت
1. گليڪس گردش وکر
ڊارڪ ميٽر لاءِ هڪ ڪلاسيڪل ثبوت سرپل ڪهڪشائن جي گردش جي وکر جي ماپ مان ملي ٿو. نيوٽنين ڪشش ثقل جي مطابق، ڪهڪشان جي مرڪز جي چوڌاري گردش ڪندڙ تارن جي رفتار مرڪز کان وڌندڙ فاصلي سان گهٽجڻ گهرجي. جڏهن ته، ان جي برعڪس ڏٺو ويو آهي: رفتار ڪهڪشان جي ڪناري کان گهڻو پري ۽ "چپٽ" رهندي آهي. اهو ظاهر ڪري ٿو ته اضافي ماس وڏي پيماني تي ورهايل آهي، جيڪو ڪهڪشان جي چوڌاري هڪ ڊارڪ ميٽر هالو ٺاهيندو آهي.
2. ڪشش ثقلي لينس
جنرل رليٽيوٽي جي مطابق، ماس اسپيس ٽائيم کي موڙيندو آهي، تنهنڪري هڪ وڏي ماس جي ويجهو گذرندڙ روشني مڙي ويندي آهي. ڪيترن ئي ڪائناتي نظامن (ڪهڪشان جا ڪلسٽر، سنگل ڪهڪشائون) ۾، ڪشش ثقل جي لينسنگ جا اثر ظاهر ڪن ٿا ته روشني واري مادي جي حساب کان وڌيڪ مقدار ۾ ماس آهي. هڪ مشهور مثال بلٽ ڪلسٽر آهي، جتي ماس جي ورڇ (ڪشش ثقل جي لينسنگ ذريعي ڳولهيل) کي چمڪندڙ گرم گئس (ايڪس ريز ۾ ڏٺو ويو) کان الڳ ڪيو ويندو آهي. هن رجحان کي اڪثر ڪري ان حقيقت جي مضبوط حمايت سمجهيو ويندو آهي ته ڪارو مادو هڪ حقيقي جزو آهي، صرف ڪشش ثقل جي غلط فهمي جي بدران.
3. ڪائناتي پس منظر تابڪاري (سي ايم بي) ۽ وڏي پيماني تي بناوت
سي ايم بي شروعاتي ڪائنات ۾ حالتن جو هڪ "نشان" محفوظ ڪري ٿو. سي ايم بي ۾ ننڍڙا اتار چڙهاؤ جا نمونا، جڏهن تجزيو ڪيو وڃي ٿو، ته اهي ڪائنات جي بناوت جو اندازو مهيا ڪن ٿا. نتيجا انهن ماڊلز سان مطابقت رکن ٿا جيڪي تجويز ڪن ٿا ته ڪائنات تقريبن ~ 5٪ عام مادو، ~ 27٪ ڪارو مادو، ۽ ~ 68٪ ڪارو توانائي (ڊيٽاسيٽ جي لحاظ کان انگ ٿورو مختلف ٿي سگهن ٿا) تي مشتمل آهي. ڪارو مادو اهو پڻ وضاحت ڪرڻ ۾ مدد ڪري ٿو ته ڪائناتي بناوتون - ڪهڪشائن کان وٺي وشال تارن تائين - ڪيئن تيزي سان ٺهي سگهن ٿيون جيئن مشاهدو ڪيو ويو.
ڊارڪ ميٽر اميدوار: نون ذرڙن کان وٺي پرائمورڊيل بليڪ هولز تائين
سڀ کان وڌيڪ مشهور ڊارڪ ميٽر ٿيوري اهو فرض ڪري ٿي ته اهو ذرڙن جي صورت ۾ مادي جي هڪ شڪل آهي جيڪا اسان اڃا تائين پارٽيڪل فزڪس ۾ دريافت نه ڪئي آهي.
1. WIMP (وڏي پئماني تي ذرڙن کي ڪمزور طريقي سان ڳنڍڻ)
WIMPs کي ڪڏهن اڳواڻ اميدوار سمجهيو ويندو هو ڇاڪاڻ ته اهي نظرياتي طور تي پارٽيڪل فزڪس جي وڌايل ماڊلز ۾ ظاهر ٿي سگهن ٿا ۽ قدرتي طور تي "صحيح" ڪائناتي کثافت پيدا ڪري سگهن ٿا (اڪثر ڪري "WIMP معجزو" سڏيو ويندو آهي). تاهم، مختلف سڌي طرح ڳولڻ جا تجربا (مثال طور، زير زمين ڊيٽيڪٽر استعمال ڪندي) اڃا تائين هڪ قائل ڪندڙ سگنل ڳولڻ ۾ ناڪام ٿيا آهن.
2. ايڪسين
محور هڪ فرضي ذرو آهي جيڪو اصل ۾ مضبوط رابطي جي نظريي (QCD) ۾ هڪ مسئلي کي حل ڪرڻ لاءِ تجويز ڪيو ويو آهي. محور تمام هلڪو پر تمام گهڻا ٿي سگهن ٿا، اهڙيءَ طرح ڪل ماس جي هڪ وڏي مقدار ۾ حصو وٺندا آهن ۽ "ٿڌي" ڪاري مادي جي طور تي ڪم ڪندا آهن.
3. جراثيم کان پاڪ نيوٽرينو
عام، ڪمزور طور تي رابطي ڪندڙ نيوٽرينوز جي برعڪس، جراثيم کان پاڪ نيوٽرينوز کي ڳولڻ اڃا به ڏکيو آهي. جيڪڏهن موجود هجي، ته اهي "گرم" ڪارو مادو طور ڪم ڪري سگهن ٿا، هڪ مخصوص پيماني تي ساخت جي ٺهڻ تي اثر انداز ٿين ٿا.
4. ماچو ۽ ڪمپيڪٽ شيون
اميدوارن جهڙوڪ بدمعاش سيارا، ڪمزور تارا، يا ٻيون ڪمپيڪٽ شيون (MACHOs) تي غور ڪيو ويو آهي، پر مائڪرو لينسنگ سروي اهو ظاهر ڪن ٿا ته اهي ڊارڪ ميٽر جي وضاحت ڪرڻ لاءِ ڪافي تعداد ۾ نه آهن. پرائمورڊيل بليڪ هولز (تمام ابتدائي ڪائنات ۾ ٺهيل) جو خيال پڻ آهي، پر مشاهداتي حدون انهن کي سڀني ڊارڪ ميٽر جي واحد وضاحت هجڻ ڏکيو بڻائين ٿيون.
متبادل: ڪشش ثقل ۾ تبديلي (MOND ۽ دوست)
"نظر نه ايندڙ مادو" شامل ڪرڻ بدران، ڪجهه سائنسدانن تجويز ڪيو آهي ته ڪهڪشان جي پيماني تي ڪشش ثقل جي اسان جي سمجھ ۾ غلطي آهي. MOND (ترميم ٿيل نيوٽونين ڊائنامڪس) جهڙا نظريا نيوٽن جي قانونن کي تمام ننڍڙن تيز رفتاري لاءِ تبديل ڪن ٿا، گردش جي وکر کي ڊارڪ ميٽر کان سواءِ وضاحت ڪرڻ جي اجازت ڏين ٿا.
جڏهن ته، تبديل ٿيل ڪشش ثقل جي نظرين لاءِ وڏو چئلينج سڀني ثبوتن کي هڪ ئي وقت بيان ڪرڻ آهي - خاص طور تي بلٽ ڪلسٽر ۽ سي ايم بي جي تسلسل جهڙا واقعا. MOND جي نسبتي ترقي ٿي چڪي آهي (مثال طور، TeVeS)، پر اڃا تائين، ڊارڪ ميٽر ماڊل متنوع ڊيٽا کي فٽ ڪرڻ ۾ وڌيڪ "مڪمل" رهيا آهن.
ڊارڪ انرجي: اها ڇا آهي ۽ ان جي وجود جو خيال ڇو ڪيو ويندو آهي؟
ڪائنات جي تيزي سان ٿيندڙ توسيع کي بيان ڪرڻ لاءِ ڊارڪ انرجي تجويز ڪئي وئي آهي. جنرل ريليٽيويٽي جي فريم ورڪ اندر، هي تيزي منفي دٻاءُ سان توانائي جي جزو جي ڪري ٿي سگهي ٿي. سادي لفظن ۾، جيتري وڌيڪ ڊارڪ انرجي هوندي، اوترو ئي تيز خلا ڪائناتي پيماني تي وڌندو.
ڊارڪ انرجي جي مکيه ثبوتن ۾ شامل آهن:
- قسم Ia سپرنووا ڪائناتي فاصلن کي ماپڻ لاءِ "معياري موم بتيون" طور ڪم ڪن ٿا. جيڪڏهن توسيع سست ٿي رهي آهي ته پري سپرنووا توقع کان وڌيڪ مدھم نظر اچن ٿا.
- سي ايم بي ۽ بيريون ايڪوسٽڪ اوسيليشنز (بي اي او) توسيع جي تاريخ کي ٽريڪ ڪرڻ لاءِ هڪ "ڪائناتي حڪمران" مهيا ڪن ٿا.
- وڏي پيماني تي اڏاوتن جي ورڇ جيڪي توسيع جي شرحن سان حساس آهن.
ڊارڪ انرجي ٿيوري: ڪاسمولوجيڪل ڪانسٽنٽ کان ڪوئنٽيسنس تائين
1. ڪاسمولوجيڪل ڪانسٽنٽ (Λ)
سڀ کان سادي وضاحت آئن اسٽائن جو ڪاسمولوجيڪل ڪانسٽنٽ آهي: هڪ ويڪيوم توانائي جنهن جي کثافت وقت سان گڏ مستقل رهي ٿي. جديد ڪاسمولوجي جو معياري ماڊل اڪثر ڪري ΛCDM طور لکيو ويندو آهي، جتي Λ ڊارڪ انرجي آهي ۽ CDM "ٿڌو ڊارڪ مادو" آهي. هي ماڊل ڊيٽا جي گهڻي حصي کي بيان ڪرڻ ۾ قابل ذڪر طور تي ڪامياب آهي.
مسئلو: جڏهن فزڪس جا ماهر ڪوانٽم ٿيوري مان ويڪيوم توانائي جو حساب لڳائڻ جي ڪوشش ڪندا آهن، ته نتيجا مشاهدي کان تمام وڏا هوندا آهن - فرق انتهائي ٿي سگهي ٿو. ان کي ڪاسمولوجيڪل ڪانسٽنٽ مسئلو سڏيو ويندو آهي.
2. نچوڙ
هن ماڊل ۾، ڊارڪ انرجي هڪ مستقل نه آهي، پر هڪ متحرڪ اسڪيلر فيلڊ مان نڪرندي آهي جيڪا وقت سان گڏ تبديل ٿيندي آهي. هي ڊارڪ انرجي جي کثافت کي ارتقا جي اجازت ڏئي ٿو، جيڪو (نظريي ۾) ڪائناتي مستقل جي "عجيب" کي گهٽائي سگهي ٿو. بهرحال، هن ماڊل کي احتياط سان تشريح ڪرڻ گهرجي ته جيئن مشاهداتي ڊيٽا جي تضاد کان بچڻ لاءِ جيڪو ڊارڪ انرجي رويي کي مستقل جي ويجهو ڏيکاري ٿو.
3. "فينٽم" ڊارڪ انرجي ۽ تبديل ٿيل اضافيت
اهڙا ماڊل آهن جيڪي ڊارڪ انرجي اسٽيٽ پيرا ميٽر (w) کي -1 ("فينٽم") کان ننڍو ڪرڻ جي اجازت ڏين ٿا، ممڪن طور تي بگ رِپ جهڙن انتهائي منظرنامي ڏانهن وٺي وڃن ٿا. اهڙا طريقا پڻ آهن جيڪي وڏي پيماني تي ڪشش ثقل جي نظريي کي تبديل ڪن ٿا (مثال طور، f(R) ڪشش ثقل) ته جيئن تيز رفتاري هڪ الڳ ڊارڪ انرجي جزو کان سواءِ ظاهر ٿئي.
چئلينجز ۽ مستقبل جي تحقيق جون هدايتون
جيتوڻيڪ ΛCDM ڪائنات جي علم جو "معياري" ماڊل بڻجي چڪو آهي، ڪيترائي بنيادي سوال کليل آهن:
– ڊارڪ ميٽر ذرڙن جي سڃاڻپ ڇا آهي؟ ليبارٽري ۾ انهن کي ڇو نه ڳوليو ويو آهي؟
- ڇا ڊارڪ انرجي واقعي هڪ ڪاسمولوجيڪل ڪانسٽينسٽ آهي؟ يا اهو وقت سان گڏ تبديل ٿيندو رهي ٿو؟
- هبل ٽينشن: ڪائنات جي موجوده توسيع جي شرح (H0) جي ماپ CMB ۽ مقامي ماپن مان ڪڏهن ڪڏهن مڪمل طور تي نه ملندي آهي، نئين فزڪس جي امڪان کي وڌائيندي آهي.
ان کي حل ڪرڻ لاءِ مختلف مشاهداتي ۽ تجرباتي منصوبا جاري آهن: وڏيون ڪهڪشان سروي، وڌيڪ صحيح ڪشش ثقل لينسنگ ماپون، نئين نسل جا پارٽيڪل ڊيٽيڪٽر، ۽ BAOs جي وڌندڙ تفصيلي نقشي سازي. ڪمپيوٽيشنل ترقي پڻ ڪائناتي ساخت جي ٺهڻ جي نقلن ۾ مدد ڪري رهي آهي، ڊارڪ ميٽر منظرنامي ۽ متبادل جي وچ ۾ فرق ڪرڻ.
پينوٽ اپ
ڊارڪ ميٽر ۽ ڊارڪ انرجي ٻه اهم تصور آهن جيڪي ڪائنات جي اسان جي جديد سمجھ کي شڪل ڏين ٿا. ڊارڪ ميٽر بنيادي طور تي ڪهڪشائن ۽ ڪهڪشائن جي ڪلسٽرن تي ان جي ڪشش ثقل جي اثر ذريعي "نظر اچي ٿو"، جڏهن ته ڊارڪ انرجي ڪائنات جي تيز رفتار توسيع کي بيان ڪرڻ جي ضرورت مان پيدا ٿي. جڏهن ته ٻنهي مان ڪو به مڪمل طور تي سمجهي نه سگهيو آهي، ΛCDM ماڊل، جيڪو ٻنهي کي گڏ ڪري ٿو، ڪيترن ئي مشاهدن کي ملائڻ ۾ قابل ذڪر ڪامياب ثابت ٿيو آهي.
پر هي ڪاميابي ڪهاڻي جو خاتمو نه آهي. حقيقت ۾، "اوندهه" جيڪا ڪائنات جي گهڻي حصي کي ڍڪيندي آهي، اهو اشارو ڏئي ٿي ته اڃا تائين بنيادي فزڪس جا پرت اڃا تائين دريافت ٿيڻا آهن. جيئن مشاهداتي ٽيڪنالاجي تيز ٿئي ٿي ۽ ذرات جا تجربا وڌيڪ حساس ٿين ٿا، اسان وڏن سوالن جا جواب ڏيڻ جي ويجهو پهچي رهيا آهيون: ڇا ڪارو مادو هڪ نئون ذرو آهي، ڇا ڪارو توانائي خالي جاءِ جي ملڪيت آهي، يا ڇا اسان کي ڪشش ثقل جي پنهنجي سمجھ کي نظرثاني ڪرڻ جي ضرورت آهي.
