Орчлон ертөнцийн сүнсний тухай цахилгаан соронзон онол

2024 Зохиолч: Seth Attwood | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-16 16:12

"Орон нутгийн цагаар 1945 онд дэлхий дээрх оюун ухаантай байсан анхны приматуудын анхны төрөл зүйл нь анхны термоядролын төхөөрөмжийг дэлбэлсэн., илүү ид шидийн арьстнууд "Бурханы бие" гэж нэрлэдэг.

Удалгүй нөхцөл байдлыг хянаж, бүх нийтийн сүлжээг цахилгаан соронзон устгахаас урьдчилан сэргийлэхийн тулд ухаалаг арьстнуудын төлөөлөгчдийн нууц хүчийг дэлхий рүү илгээв

Хашилтын оршил нь шинжлэх ухааны уран зөгнөлт зохиол шиг харагддаг боловч энэ шинжлэх ухааны нийтлэлийг уншсаны дараа яг ийм дүгнэлт хийж болно. Орчлон ертөнцийг бүхэлд нь хамарсан энэ сүлжээ байгаа нь маш их зүйлийг тайлбарлаж болох юм - жишээлбэл, Нисдэг Үл Мэдэгдэх үзэгдэл, тэдгээрийн баригдашгүй, үл үзэгдэх байдал, гайхалтай боломжууд, үүнээс гадна шууд бус байдлаар "Бурханы бие" -ийн энэхүү онол нь бидэнд байдаг гэдгийг бодит нотолгоо болгодог. үхлийн дараах амьдрал.

Бид хөгжлийн хамгийн эхний шатанд байгаа бөгөөд үнэндээ бид "ухаантай байхын өмнөх амьтад" бөгөөд жинхэнэ ухаалаг уралдаан болох хүч чадлыг олж чадах эсэхийг хэн мэдлээ.

Одон орон судлаачид соронзон орон нь сансар огторгуйн ихэнх хэсэгт нэвтэрч байгааг олж тогтоосон. Соронзон орны далд шугамууд бүх орчлон даяар хэдэн сая гэрлийн жилийн турш үргэлжилдэг.

Одон орон судлаачид сансар огторгуйн улам бүр алслагдмал бүс нутгуудад соронзон орон хайх шинэ арга бодож олох бүрдээ тэдгээрийг тайлагдашгүй олдог.

Эдгээр хүчний талбарууд нь Дэлхий, Нар болон бүх галактикуудыг хүрээлдэг ижил биетүүд юм. Хорин жилийн өмнө одон орон судлаачид галактикийн бүхэл бүтэн бөөгнөрөл, тэр дундаа нэг галактик ба дараагийн галактикийн хоорондох орон зайд нэвчиж буй соронзон хүчийг илрүүлж эхэлсэн. Үл үзэгдэгч талбайн шугамууд галактик хоорондын орон зайг нэвт шингээдэг.

Өнгөрсөн жил одон орон судлаачид эцэст нь галактикийн бөөгнөрөл хоорондын орон зайн илүү нарийхан орон зайг судалж чаджээ. Тэнд тэд хамгийн том соронзон орон - 10 сая гэрлийн жилийн соронзон орон зайг нээсэн бөгөөд энэ нь сансрын торны энэ "судасны" бүхэл бүтэн уртыг хамарсан. Хоёрдахь соронзлогдсон утас нь ижил техникийг ашиглан сансар огторгуйд аль хэдийн харагдсан. Анхны илрүүлэлтийг хийсэн Италийн Кальяри дахь Астрофизикийн үндэсний хүрээлэнгийн Федерика Говони "Бид зүгээр л мөсөн уулын үзүүрийг харж байгаа байх."

Асуулт гарч ирнэ: эдгээр асар том соронзон орон хаанаас ирсэн бэ?

Сансар огторгуйн соронзон орны орчин үеийн компьютерийн симуляци хийдэг Болоньягийн их сургуулийн астрофизикч Франко Вазза "Энэ нь бие даасан галактикуудын идэвхжил, бие даасан дэлбэрэлт эсвэл хэт шинэ гаригийн салхитай холбоотой байж болохгүй нь ойлгомжтой" гэж хэлжээ. энэ."

Нэг боломж бол сансар огторгуйн соронзлол нь анхдагч бөгөөд орчлон ертөнц үүссэн үе хүртэл үргэлжилдэг. Энэ тохиолдолд сул соронзон нь хаа сайгүй, тэр ч байтугай сансрын торны "хоосон зай" - Орчлон ертөнцийн хамгийн харанхуй, хамгийн хоосон бүс нутагт байх ёстой. Хаа сайгүй орших соронзлол нь галактик, бөөгнөрөлд цэцэглэн хөгжсөн илүү хүчтэй талбаруудыг тарих болно.

Анхдагч соронзлол нь сансар судлалын хамгийн халуун сэдэв болох Хаббл стресс гэгддэг сансар судлалын өөр нэг тааврыг шийдвэрлэхэд тусална.

Хаббл хурцадмал байдлын гол асуудал бол орчлон ертөнц түүний мэдэгдэж буй бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс хүлээгдэж байснаас хамаагүй хурдан тэлж байгаа явдал юм. Сансар судлаач Карстен Жедамзик, Левон Погосян нар 4-р сард онлайнаар нийтлэгдсэн, Физик тойм захидлуудын хамт хянасан нийтлэлдээ орчлон ертөнцийн эхэн үеийн сул соронзон орон нь сансар огторгуйн тэлэлтийн хурдыг нэмэгдүүлэхэд хүргэнэ гэж сансрын судлаачид нотолж байна.

Анхдагч соронзлол нь Хабблын хурцадмал байдлыг маш амархан арилгадаг тул Жедамзик, Погосян нарын нийтлэл тэр даруй олны анхаарлыг татав. "Энэ бол гайхалтай нийтлэл, санаа юм" гэж Хаббл хурцадмал байдлыг шийдвэрлэх өөр шийдлүүдийг санал болгосон Жонс Хопкинсийн их сургуулийн онолын сансар судлаач Марк Камионковски хэлэв.

Каменковский болон бусад хүмүүс сансар судлалын бусад тооцооллыг төөрөгдүүлэхгүйн тулд эрт үеийн соронзон хүчийг баталгаажуулахын тулд илүү олон туршилт хийх шаардлагатай байна. Энэ санаа нь цаасан дээр хэрэгжсэн ч гэсэн судлаачид анхдагч соронзлол нь орчлон ертөнцийг бүрдүүлсэн хүчин зүйл байсан гэдэгт итгэлтэй байхын тулд хүчтэй нотолгоог олох хэрэгтэй болно.

Гэсэн хэдий ч, Хабблын хурцадмал байдлын тухай энэ олон жилийн туршид хэн ч өмнө нь соронзлолын талаар бодож байгаагүй нь хачирхалтай байж магадгүй юм. Канадын Саймон Фрейзерийн их сургуулийн профессор Погосяны хэлснээр ихэнх сансар судлаачид соронзон орны талаар бараг боддоггүй. "Энэ бол тэдгээр том нууцуудын нэг гэдгийг бүгд мэднэ" гэж тэр хэлэв. Гэвч олон арван жилийн турш соронзон нь үнэхээр хаа сайгүй байдаг, тиймээс сансар огторгуйн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг мөн эсэхийг тодорхойлох арга байхгүй байсан тул сансар судлаачид анхаарлаа хандуулахаа больсон.

Үүний зэрэгцээ астрофизикчид мэдээлэл цуглуулсаар байв. Нотлох баримтын жин нь тэдний ихэнх нь соронзон нь хаа сайгүй байдаг гэж сэжиглэхэд хүргэсэн.

Орчлон ертөнцийн соронзон сүнс

1600 онд Английн эрдэмтэн Уильям Гилберт ашигт малтмалын ордуудыг - хүмүүс олон мянган жилийн турш луужингаар бүтээсэн байгалийн соронзлогдсон чулуулгийг судалж байхдаа тэдний соронзон хүч нь "сүнсийг дуурайдаг" гэж дүгнэжээ. "мөн соронзон баганууд" дэлхийн туйл руу хардаг.

Цахилгаан цэнэг урсах үед соронзон орон үүсдэг. Жишээлбэл, дэлхийн талбай нь түүний дотоод "динамо" - голд нь шингэж буй шингэн төмрийн урсгалаас үүсдэг. Хөргөгчний соронз ба соронзон баганын талбайнууд нь тэдгээрийн бүрдүүлэгч атомуудыг тойрон эргэдэг электронуудаас үүсдэг.

Гэсэн хэдий ч хөдөлгөөнд байгаа цэнэгтэй бөөмсөөс “үр” соронзон орон гарч ирэнгүүт сул оронтой нийлбэл улам томорч, хүчтэй болж чадна. Соронзон тогтворжилт нь “амьд организмтай бага зэрэг төстэй” гэж онолын астрофизикч Торстен Энслин хэлжээ. Германы Гарчинг дахь Макс Планкийн астрофизикийн хүрээлэнд - соронзон орон нь эрчим хүчний чөлөөт эх үүсвэр болгонд нэвтэрч, ургаж чаддаг. Тэд өөрсдийн оршин тогтнох замаар бусад бүс нутагт тархаж, нөлөөлж чадна.

Женевийн их сургуулийн онолын сансрын судлаач Рут Дюрер, зөвхөн соронзлол ба таталцал л асар хол зайд “чамд хүрч” чаддаг тул таталцлаас өөр хүч нь сансар огторгуйн том хэмжээний бүтцийг бүрдүүлдэг гэж тайлбарлав. Нөгөөтэйгүүр, цахилгаан эрчим хүч нь орон нутгийн бөгөөд богино хугацаанд үйлчилдэг, учир нь аль ч бүс нутагт эерэг ба сөрөг цэнэгийг бүхэлд нь саармагжуулах болно. Гэхдээ та соронзон орныг цуцалж чадахгүй; тэд нугалж, амьд үлдэх хандлагатай байдаг.

Гэсэн хэдий ч бүх хүч чадлаараа эдгээр хүчний талбарууд бага зэрэгтэй байдаг. Эдгээр нь материаллаг бус бөгөөд зөвхөн өөр зүйл дээр ажиллах үед л мэдрэгддэг.“Та зөвхөн соронзон орны зургийг авч болохгүй; Энэ нь ийм байдлаар ажиллахгүй байна гэж саяхан соронзлогдсон утаснуудын нээлтэд оролцсон Лейдений их сургуулийн одон орон судлаач Рейну Ван Верен хэлэв.

Өнгөрсөн онд Ван Верэн болон 28 хамтран зохиогчид нэгэн нийтлэлдээ Abell 399 ба Abell 401 галактикийн бөөгнөрөлүүдийн хоорондох соронзон орон нь өндөр хурдтай электронууд болон бусад цэнэгтэй бөөмсүүдийг дамжин өнгөрөх талбарыг хэрхэн өөрчилдөг гэсэн таамаглал дэвшүүлжээ. Талбайд тэдний замнал мушгих үед эдгээр цэнэглэгдсэн хэсгүүд сул "синхротрон цацраг" ялгаруулдаг.

Синхротроны дохио нь бага радио давтамжид хамгийн хүчтэй байдаг тул Европ даяар тархсан 20,000 бага давтамжийн радио антенн бүхий LOFAR-ийн тусламжтайгаар илрүүлэхэд бэлэн болгодог.

Тус багийнхан 2014 онд найман цагийн турш утаснаас мэдээлэл цуглуулсан боловч радио одон орон судлалын нийгэмлэг LOFAR хэмжилтийн шалгалт тохируулгыг хэрхэн сайжруулах талаар олон жил зарцуулсан тул мэдээлэл зогссон байв. Дэлхийн агаар мандал түүгээр дамжин өнгөрөх радио долгионыг хугардаг тул LOFAR сансар огторгуйг усан сангийн ёроолоос байгаа мэт хардаг. Судлаачид тэнгэрт байгаа "цахилгаан дохио"-ын хэлбэлзлийг хянах замаар асуудлыг шийдэж, байршил нь тодорхой болсон радио цацруулагчдын хэлбэлзлийг засч, бүх өгөгдлийг блоклосон байна. Тэд бүдгэрүүлэх алгоритмыг судалтай өгөгдөлд хэрэглэхэд синхротрон цацрагийн гэрэлтэхийг тэр даруй олж харав.

Уг утас нь хоёр үзүүрээс бие бие рүүгээ чиглэн хөдөлж буй галактикуудын бөөгнөрөлүүдийн ойролцоо биш хаа сайгүй соронзлогдсон мэт харагддаг. Судлаачид тэдний дүн шинжилгээ хийж буй 50 цагийн өгөгдлийн багц илүү дэлгэрэнгүй мэдээлэл өгнө гэж найдаж байна. Саяхан нэмэлт ажиглалтаар хоёр дахь судлын бүхэл бүтэн уртын дагуу соронзон орон тархаж байгааг олж мэдэв. Судлаачид энэхүү бүтээлээ удахгүй хэвлүүлэхээр төлөвлөж байна.

Наад зах нь эдгээр хоёр хэлхээнд асар их соронзон орон байгаа нь чухал шинэ мэдээллийг өгдөг. "Энэ нь маш их хөдөлгөөнийг үүсгэсэн" гэж Ван Верен хэлэв, "Учир нь бид соронзон орон харьцангуй хүчтэй гэдгийг одоо мэдэж байна."

Хоосон зайг гэрэлтүүл

Хэрэв эдгээр соронзон орон нь нялхсын орчлонд үүссэн бол асуулт гарч ирнэ: яаж? Аризона мужийн их сургуулийн Танмай Вачаспати хэлэхдээ "Хүмүүс энэ асуудлын талаар удаан хугацааны турш бодож байсан."

1991 онд Вачаспати соронзон орон нь цахилгаан сул фазын шилжилтийн үед буюу Их тэсрэлтийн дараах секундын нэг хэсэг болох цахилгаан соронзон ба сул цөмийн хүч ялгарах үед үүссэн байж магадгүй гэж үзсэн. Бусад хүмүүс протон үүсэхэд микросекундын дараа соронзлол үүссэн гэж үздэг. Эсвэл удалгүй: хожуу астрофизикч Тед Харрисон 1973 онд магнетогенезийн анхны онолдоо протон ба электронуудын турбулент плазм нь анхны соронзон орон үүсэхэд хүргэсэн байж магадгүй гэж нотолсон. Гэсэн хэдий ч бусад хүмүүс энэ орон зайг энэ бүхнээс өмнө, сансар огторгуйн инфляцийн үед буюу том тэсрэлтийг өөрөө эхлүүлсэн гэж таамаглаж байсан. Түүнчлэн тэрбум жилийн дараа бүтэц нь томрох хүртэл ийм зүйл болоогүй байж магадгүй юм.

Соронзон үүслийн онолыг шалгах арга бол галактик хоорондын орон зайн хамгийн онгон дагшин бүсүүд, тухайлбал утаснуудын чимээгүй хэсэг, бүр илүү хоосон хоосон орон зайн соронзон орны бүтцийг судлах явдал юм. Зарим нарийн ширийн зүйлс - жишээлбэл, талбайн шугамууд нь гөлгөр, спираль хэлбэртэй, эсвэл "бүх чиглэлд, бөмбөлөг утас эсвэл өөр зүйл шиг муруй" (Вачаспатигийн хэлснээр), зураг өөр өөр газар, өөр өөр масштабаар хэрхэн өөрчлөгддөг - онол, загварчлалтай харьцуулж болох баялаг мэдээллийг авч явах. Жишээлбэл, Вачаспатигийн санал болгосноор цахилгаан сул фазын шилжилтийн үед соронзон орон үүссэн бол үүссэн хүчний шугамууд нь "штопор шиг" спираль хэлбэртэй байх ёстой гэж тэр хэлэв.

Хамгийн гол нь дарах зүйлгүй хүчний талбайг илрүүлэхэд хэцүү байдаг.

Английн эрдэмтэн Майкл Фарадей 1845 онд анх санаачилсан нэг арга нь соронзон орныг түүгээр дамжин өнгөрөх гэрлийн туйлшралын чиглэлийг эргүүлэх замаар илрүүлдэг. "Фарадей эргэлт"-ийн хэмжээ нь соронзон орны хүч болон гэрлийн давтамжаас хамаарна. Тиймээс янз бүрийн давтамжийн туйлшралыг хэмжих замаар та харааны шугамын дагуу соронзон хүчний хүчийг дүгнэж болно. "Хэрэв та өөр өөр газраас хийвэл 3D газрын зураг хийж болно" гэж Энслин хэлэв.

Судлаачид Фарадейгийн эргэлтийг LOFAR-ийн тусламжтайгаар бүдүүлэг хэмжиж эхэлсэн боловч дуран нь маш сул дохиог сонгоход бэрхшээлтэй байна. Одон орон судлаач, Үндэсний астрофизикийн хүрээлэнгийн Говонигийн хамтран зүтгэгч Валентина Вакка хэдэн жилийн өмнө хоосон орон зайн олон хэмжигдэхүүнийг нэгтгэн Фарадейгийн нарийн эргэлтийн дохиог статистикийн аргаар боловсруулах алгоритмыг боловсруулжээ. "Үндсэндээ үүнийг хоосон зайд ашиглаж болно" гэж Вакка хэлэв.

Гэвч 2027 онд "квадрат километрийн массив" хэмээх олон улсын аварга том төсөл болох дараагийн үеийн радио телескоп ашиглалтад орсноор Фарадейгийн арга үнэхээр хэрэгжих болно. "SKA гайхалтай Фарадей сүлжээг бий болгох ёстой" гэж Энслин хэлэв.

Өнөөг хүртэл хоосон орон зай дахь соронзлолын цорын ганц нотолгоо бол ажиглагчид хоосон зайны ард байрлах блазар гэж нэрлэгддэг объектуудыг харахад харагдахгүй байгаа явдал юм.

Блэйзарууд нь гамма цацрагийн тод туяа болон бусад эрчим хүчний гэрэл ба бодисын эх үүсвэр бөгөөд асар том хар нүхээр тэжээгддэг. Гамма туяа нь сансар огторгуйгаар дамжин өнгөрөхдөө заримдаа эртний богино долгионтой мөргөлдөж, электрон ба позитрон үүсдэг. Дараа нь эдгээр хэсгүүд исгэрч, бага энергитэй гамма туяа болж хувирдаг.

Харин 2010 онд Женевийн ажиглалтын төвийн ажилтан Андрей Неронов, Евгений Вовк нар хэрэв блазарын гэрэл соронзлогдсон хоосон зайгаар дамжин өнгөрвөл бага энергитэй гамма туяа байхгүй мэт харагдах болно. Соронзон орон нь электрон ба позитроныг харааны шугамаас хазайлгах болно. Тэд бага энергитэй гамма туяа болж задрахад тэдгээр гамма туяа нь бидэн рүү чиглэхгүй.

Үнэн хэрэгтээ Неронов, Вовк нар тохиромжтой байрлалтай блазарын өгөгдөлд дүн шинжилгээ хийхдээ түүний өндөр энергитэй гамма туяаг харсан боловч бага энергитэй гамма-цацрагийн дохиог харсангүй. "Энэ бол дохио байхгүй байгаа нь дохио юм" гэж Вачаспати хэлэв.

Дохионы дутагдал нь тамхи татах зэвсэг байх магадлал багатай бөгөөд алга болсон гамма цацрагийн өөр тайлбарыг санал болгов. Гэсэн хэдий ч дараагийн ажиглалтууд нь Неронов, Вовк нарын хоосон зай соронзлогдсон гэсэн таамаглалыг улам бүр харуулж байна. "Энэ бол олонхийн санал юм" гэж Дюрер хэлэв. Хамгийн үнэмшилтэй нь 2015 онд нэг баг хоосон зайн ард олон хэмжээтэй блазаруудыг байрлуулж, бага энергитэй гамма туяаны бүдэгхэн гэрэлт цагирагыг пиджакны эргэн тойронд шоолж чадсан. Хэрэв бөөмс сул соронзон орны нөлөөгөөр тархсан бол яг ийм нөлөө үзүүлэх болно - хөргөгчний соронз шиг хүчтэй их наядны саяны нэгийг л хэмждэг.

Сансар судлалын хамгийн том нууц

Орчлон ертөнцийн гайхалтай хурдацтай тэлэлтийн асуудал болох Хабблын стрессийг шийдвэрлэхэд яг ийм хэмжээний анхдагч соронзлол шаардлагатай байж болох нь гайхалтай юм.

Францын Монпелье хотын их сургуулийн Карстен Жедамзик болон түүний хамтран ажиллагсдын саяхан хийсэн компьютерийн загварчлалыг хараад Погосян үүнийг ойлгосон юм. Судлаачид плазмаар дүүрсэн залуу орчлон ертөнцийг дуурайлган сул соронзон орон нэмж, плазм дахь протон ба электронууд соронзон орны шугамын дагуу нисч, талбайн хамгийн сул хүчтэй хэсэгт хуримтлагддаг болохыг олж мэдэв. Энэхүү бөөгнөрөлийн нөлөө нь протон ба электронуудыг нэгтгэж устөрөгчийг үүсгэхэд хүргэсэн бөгөөд энэ нь рекомбинац гэж нэрлэгддэг эхний үе шатны өөрчлөлтийг урьд өмнө тохиолдож магадгүй юм.

Погосян Жедамзикийн нийтлэлийг уншиж байхдаа энэ нь Хабблын хурцадмал байдлыг намдааж чадна гэдгийг ойлгов. Сансар судлаачид рекомбинацын үед ялгарах эртний гэрлийг ажиглан сансар огторгуй хэр хурдан тэлэхийг тооцоолж байна. Гэрэл нь анхдагч плазмын эргэн тойронд цацрах дууны долгионоос үүссэн толботой залуу ертөнцийг харуулдаг. Хэрэв соронзон орны өтгөрөлтийн нөлөөгөөр рекомбинаци нь хүлээгдэж байснаас эрт тохиолдсон бол дууны долгион тийм хол урагшаа тархаж чадахгүй бөгөөд үүнээс үүсэх дусал бага байх болно. Энэ нь рекомбинациас хойш тэнгэрт бидний харж буй толбо судлаачдын таамаглаж байснаас илүү ойр байх ёстой гэсэн үг юм. Бөөгнөрөлөөс ялгарч буй гэрэл бидэнд хүрэхийн тулд илүү богино зайг туулах ёстой байсан бөгөөд энэ нь гэрэл илүү хурдан өргөжиж буй орон зайг туулах ёстой гэсэн үг юм. “Энэ нь өргөжиж буй гадаргуу дээр гүйхийг оролдохтой адил юм; Та арай богино зайг туулна гэж Погосян хэлэв.

Үүний үр дүнд жижиг дуслууд нь сансар огторгуйн тэлэлтийн тооцоолсон хурдыг ихэсгэдэг бөгөөд энэ нь хэт шинэ болон бусад одон орны объектууд хэр хурдан нисч байгааг хэмжихэд тооцоолсон хурдыг ойртуулдаг.

"Хөөх" гэж Погосян хэлэв, "энэ нь бидэнд [соронзон орон] бодитой байгааг илтгэж магадгүй. Тиймээс би тэр даруй Карстенд захидал бичсэн." Шорон хаагдахын өмнөхөн 2-р сард тэр хоёр Монпелье хотод уулзсан бөгөөд тэдний тооцоолсноор Хаббл хурцадмал байдлын асуудлыг шийдвэрлэхэд шаардлагатай анхдагч соронзон хүч нь блазарын ажиглалт болон анхны талбайн таамагласан хэмжээтэй тохирч байгааг харуулсан. асар том соронзон орон үүсгэх шаардлагатай.. Галактик болон утаснуудын бөөгнөрөлүүдийг хамарсан."Тиймээс энэ бүхэн ямар нэгэн байдлаар нийлдэг" гэж Погосян хэлэхдээ, "хэрэв энэ нь үнэн бол."