الفلك

على إنتاج المادة المظلمة (الضئيلة) في المستعرات الأعظمية

على إنتاج المادة المظلمة (الضئيلة) في المستعرات الأعظمية


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.

يُعتقد أن المادة المظلمة تتكون من جزيئات تتفاعل مع المادة بشكل ضعيف وجاذبية فقط. يُطلق على أحد المرشحين الشائعين للمادة المظلمة اسم WIMPs. WIMPs ، على وجه التحديد ، ثقيلة وقد تكون جزيئاتها المضادة.

ومثل أي جسيمات أخرى ، يمكن إنتاج جسيمات المادة المظلمة بطاقة عالية بما فيه الكفاية. كتلة جسيمات المادة المظلمة غير معروفة ، ولكن يُقدر أنها بترتيب $ 1 $ - $ 100 textrm {GeV} $ ، والتي تتوافق مع درجات حرارة $ T_ {DM} حوالي 10 ^ {13} $ - $ 10 ^ {15 } textrm {K} $ ، حيث من المتوقع أن يتم إنتاج هذه الجسيمات.

هذه درجات الحرارة الهائلة بالكاد يمكن الوصول إليها في أي عمليات فيزيائية فلكية معقولة ، ولكن لنفترض في المستعرات الأعظمية المتكونة حديثًا انهيار اللب ، حيث تبلغ درجات حرارة اللب $ T_ {SN ، بعد} حوالي 10 ^ {11} textrm {K} $ ، وربما أكثر خلال مرحلة الانهيار. ثم يشير التقدير الأولي إلى أن كمية المادة المظلمة المنتجة هي $ M_ {DM} almost e ^ {- T_ {DM} / T_ {SN، max}} M_ odot $. أو في شكل رقم $ log_ {10} (M_ {DM} / textrm {kg}) = 30.3-0.43 (T_ {DM} / T_ {SN}) $. هذا يعني أنه عند $ T_ {SN} = 1.4 cdot 10 ^ {- 2} T_ {DM} $ ستكون كمية المادة المظلمة الناتجة خلال المستعر الأعظم حوالي كيلوجرام واحد. درجات الحرارة هذه يمكن الوصول إليها مقابل $ 1 textrm {GeV} $ جزيئات DM. لذلك يمكن للمرء أن يتوقع بتفاؤل بضعة كيلوغرامات من المادة المظلمة الناتجة عن كل مستعر أعظم.

الآن السؤال. ما هو إنتاج المادة المظلمة النموذجي في المستعرات الأعظمية المنهارة الأساسية؟ أتخيل أن الإجابة الجيدة ستكون توسيعًا أكثر قوة للتقدير الحالي. نرحب بأي تعليقات بناءة.


أكثر WIMPS تفضيلاً في الوقت الحالي هي على الأرجح المحايدون ، انظر http://en.wikipedia.org/wiki/Neutralino

هذه الجسيمات افتراضية بحتة في الوقت الحالي. تقديرات الكتلة في مقالة ويكيبيديا أعلاه لأخف نطاق نيوترالينو يتراوح بين 10 و 10000 جيجا إلكترون فولت ، مما يعني أن معدلات الإنتاج في SNs ستكون أقل بكثير من مع 1 GeV المفترض. يجب أن يكون قد تم بالفعل اكتشاف معدلات إنتاج أعلى في LHC.

وبالتالي من عدم الكشف (في شكل فقدان الطاقة) لنظام WIMPS في LHC ، ينبغي تقدير الحد الأعلى لمعدلات الإنتاج في SNs.


هناك عدة أنواع من المستعرات الأعظمية والطرق التي يمكن أن ينهار بها القلب. لنأخذ حالة متطرفة حيث يؤدي التحلل الضوئي لأشعة جاما إلى تدمير جميع العناصر الثقيلة (Si و Fe و Ni ، إلخ) وتقسيمها جميعًا إلى بروتونات ونيوترونات وإلكترونات. تطلق كل نواة كل طاقتها الرابطة ، حوالي 9 إلكترون فولت لكل كتلة نواة أو 0.9٪ من الكتلة الباقية. أعتقد أن معظم الطاقة تأتي في شكل نيوترينوات نسبية (الباقي في الطاقة الحركية للبروتونات والنيوترونات والإلكترونات). لذا ، فإن الحد الأعلى هو أن 0.9٪ من كتلة اللب ينتهي بها المطاف في نيوترينوات. تكون الكتلة الباقية للنيوترينوات أقل بكثير ، لكن الكتلة النسبية هي على الأرجح الرقم الأكثر صلة.

يوجد جزء صغير فقط من كثافة الإغلاق ($ Omega $) في النجوم ، $ Omega_ {stars} $ = 0.0027 (Fukugita & Peebles ، 2004) ، حوالي 7٪ من الكتلة في النجوم تتحول إلى مستعر أعظم ، ~ 10٪ في النواة ، 0.9٪ تأتي من النيوترينوات النسبية. لذا فإن إجمالي $ Omega $ في المادة المظلمة الحارة من SN أقل من 0.0027 * 0.07 * 0.1 * 0.009 ، تقريبًا.


حول إنتاج المادة المظلمة (الضئيلة) في المستعرات الأعظمية - علم الفلك

BERKELEY، CA: مجموعة فريدة من 11 مستعرًا أعظمًا بعيدًا من النوع Ia تمت دراستها باستخدام تلسكوب هابل الفضائي يلقي ضوءًا جديدًا على الطاقة المظلمة ، وفقًا لأحدث النتائج التي توصل إليها مشروع علم الكونيات المستعر الأعظم (SCP) ، المنشور مؤخرًا على الموقع http: //www.arxiv .org / abs / astro-ph / 0309368 وسيظهر قريبًا في مجلة الفيزياء الفلكية.

تشكل المنحنيات والأطياف الضوئية من المستعر الأعظم 11 البعيد مجموعة بيانات جميلة بشكل مذهل ، وهي أكبر مجموعة تم جمعها من الفضاء فقط ، كما يقول شاول بيرلماتر ، عالم الفيزياء الفلكية في مختبر لورانس بيركلي الوطني ورئيس SCP. يعد SCP تعاونًا دوليًا للباحثين من الولايات المتحدة والسويد وفرنسا والمملكة المتحدة وتشيلي واليابان وإسبانيا.

لا تتأثر صور المستعرات الأعظمية التي صنعها تلسكوب هابل الفضائي بالغلاف الجوي ، وبالتالي فهي أكثر وضوحًا وأقوى وتوفر قياسات سطوع أفضل بكثير مما هو ممكن من الأرض.

المستعرات الأعظمية من النوع Ia هي من بين أفضل الشموع الفلكية والمقارنة بينها لدرجة أن سطوعها يوفر مقياسًا يمكن الاعتماد عليه لمسافاتها ، وهي شديدة السطوع يمكن رؤيتها على بعد مليارات السنين الضوئية.

تعزز الدراسة الجديدة الاكتشاف الرائع ، الذي أعلنه مشروع علم الكونيات Supernova في أوائل عام 1998 ، وهو أن توسع الكون يتسارع بسبب طاقة غامضة تنتشر في كل الفضاء. استند هذا الاكتشاف إلى بيانات من أكثر من ثلاثين مستعرًا أعظم من النوع Ia ، تمت ملاحظتها جميعها من الأرض باستثناء واحد. أعلنت مجموعة متنافسة ، فريق البحث عن سوبر نوفا High-Z ، بشكل مستقل عن نتائج متسقة بشكل لافت للنظر ، استنادًا إلى 14 مستعرًا عظميًا إضافيًا ، تم رصده أيضًا بشكل أساسي من الأرض.

نظرًا لأن تلسكوب هابل الفضائي (HST) لا يتأثر بالغلاف الجوي ، فإن صوره للمستعرات الأعظمية تكون أكثر وضوحًا وأقوى وتوفر قياسات سطوع أفضل بكثير مما هو ممكن من الأرض. قاد روبرت أ. نوب ، الأستاذ المساعد للفيزياء وعلم الفلك في جامعة فاندربيلت في ناشفيل بولاية تينيسي ، تحليل بيانات مشروع سوبر نوفا لعلم الكونيات لـ 11 سوبر نوفا تمت دراستها بواسطة HST وشارك في تأليف مجلة الفيزياء الفلكية تقرير مع 47 عضوًا آخر في اللجنة الدائمة المعنية بقانون البراءات.

توفر بيانات HST أيضًا اختبارًا قويًا لانقراض المجرة المضيفة ، كما يقول كنوب ، مشيرًا إلى المخاوف من أن قياسات السطوع الحقيقي للمستعرات الأعظمية يمكن التخلص منها بواسطة الغبار في المجرات البعيدة ، مما قد يمتص الضوء ويبعثره. لكن الغبار من شأنه أيضًا أن يجعل ضوء المستعر الأعظم أكثر احمرارًا ، مثلما تبدو شمسنا أكثر احمرارًا عند غروب الشمس بسبب الغبار في الغلاف الجوي. لأن البيانات من الفضاء لا تظهر احمرارًا شاذًا مع المسافة ، كما يقول نوب ، فإن المستعرات الأعظمية & quot؛ تجتاز الاختبار بألوان متطايرة. & quot

& quot الحد من حالات عدم اليقين هذه أمر بالغ الأهمية لاستخدام المستعرات الأعظمية & # 8212 أو أي ملاحظات فلكية أخرى & # 8212 لاستكشاف طبيعة الكون ، & quot؛ يقول أرييل جوبار ، عضو SCP وأستاذ الفيزياء الفلكية للجسيمات في جامعة ستوكهولم في السويد. يقول جوبار إن اختبار الانقراض يزيل أي قلق من أن غبار المجرة المضيفة العادي يمكن أن يكون مصدر تحيز لهذه النتائج الكونية عند الانزياحات الحمراء العالية. & quot (انظر ما هو Host-Galaxy Extinction؟)

مصطلح الجاذبية الغامضة والمثيرة للاشمئزاز الذي يدفع الكون للتوسع بشكل أسرع هو الطاقة المظلمة. البيانات الجديدة قادرة على تقديم تقديرات أكثر إحكامًا للكثافة النسبية للمادة والطاقة المظلمة في الكون: وفقًا للافتراضات المباشرة ، فإن 25 بالمائة من تكوين الكون عبارة عن مادة من جميع الأنواع ، و 75 بالمائة عبارة عن طاقة مظلمة. علاوة على ذلك ، توفر البيانات الجديدة مقياسًا أكثر دقة ل & quotspringiness & quot الطاقة المظلمة ، والضغط الذي تطبقه على تمدد الكون لكل وحدة كثافة.

من بين المحاولات العديدة لشرح طبيعة الطاقة المظلمة ، بعضها مسموح به من خلال هذه القياسات الجديدة & # 8212 بما في ذلك الثابت الكوني الذي اقترحه في الأصل ألبرت أينشتاين & # 8212 ولكن تم استبعاد البعض الآخر ، بما في ذلك بعض أبسط نماذج النظريات المعروفة كجوهر. (انظر ما هي الطاقة المظلمة؟)

المستعرات الأعظمية ذات الانزياح الأحمر العالي هي أفضل أداة منفردة لقياس خصائص الطاقة المظلمة & # 8212 وفي النهاية تحديد ماهية الطاقة المظلمة. كما توضح دراسات المستعرات الأعظمية مع HST ، فإن أفضل مكان لدراسة المستعرات الأعظمية ذات الانزياح الأحمر العالي هو التلسكوب في الفضاء ، الذي لا يتأثر بالغلاف الجوي.

ومع ذلك ، فإن & quotto تحقق أفضل استخدام للتلسكوب في الفضاء ، فمن الضروري تحقيق أفضل استخدام لأفضل التلسكوبات الموجودة على الأرض ، كما يقول كريس ليدمان ، عضو SCP ، من المرصد الأوروبي الجنوبي.

بالنسبة للمستعرات الأعظمية في هذه الدراسة ، ابتكر فريق SCP استراتيجية يمكن من خلالها أن يستجيب تلسكوب هابل الفضائي بسرعة للاكتشافات التي يتم إجراؤها من الأرض ، على الرغم من الحاجة إلى تحديد موعد HST مسبقًا بوقت طويل. من خلال العمل معًا ، قام SCP ومعهد علوم التلسكوب الفضائي بتنفيذ الاستراتيجية لتحقيق تأثير رائع.

تشير الدراسة الحالية ، المستندة إلى ملاحظات HST لـ 11 مستعرًا عظميًا ، إلى الطريق إلى الجيل التالي من أبحاث المستعرات الأعظمية: في المستقبل ، سوف يكتشف SuperNova / Acceleration Probe ، أو القمر الصناعي SNAP ، الآلاف من المستعرات الأعظمية من النوع Ia ويقيس أطيافها وأطيافها. منحنيات الضوء من اللحظات الأولى ، من خلال أقصى سطوع ، حتى يختفي ضوءها.


تفتح توائم المستعرات الأعظمية إمكانيات جديدة لعلم الكونيات الدقيق

وجد علماء الكونيات طريقة لمضاعفة دقة قياس المسافات حتى انفجارات المستعر الأعظم - إحدى أدواتهم المجربة والحقيقية لدراسة الطاقة المظلمة الغامضة التي تجعل الكون يتوسع بشكل أسرع وأسرع. ستمكن نتائج التعاون مع مصنع سوبر نوفا القريب (SNfactory) ، بقيادة جريج ألدرينج من مختبر لورانس بيركلي الوطني التابع لوزارة الطاقة (مختبر بيركلي) ، العلماء من دراسة الطاقة المظلمة بدقة ودقة محسنتين بشكل كبير ، وتوفير فحص متقاطع قوي لـ التقنية عبر مسافات طويلة ووقت. ستكون النتائج أيضًا مركزية للتجارب الكونية الرئيسية القادمة التي ستستخدم تلسكوبات أرضية وفضائية جديدة لاختبار تفسيرات بديلة للطاقة المظلمة.

تم نشر ورقتين في مجلة الفيزياء الفلكية الإبلاغ عن هذه النتائج ، مع كايل بون كمؤلف رئيسي. حاليًا زميل ما بعد الدكتوراه في جامعة واشنطن ، بون هو طالب دراسات عليا سابق في الحائز على جائزة نوبل سول بيرلماتر ، كبير علماء مختبر بيركلي وأستاذ جامعة كاليفورنيا في بيركلي الذي قاد أحد الفرق التي اكتشفت الطاقة المظلمة في الأصل. كان بيرلماتر أيضًا مؤلفًا مشاركًا في كلتا الدراستين.

تم استخدام المستعرات الأعظمية في عام 1998 لاكتشاف مذهل أن تمدد الكون يتسارع ، بدلاً من أن يتباطأ كما كان متوقعًا. هذا التسارع - المنسوب إلى الطاقة المظلمة التي تشكل ثلثي كل الطاقة في الكون - تم تأكيده منذ ذلك الحين من خلال مجموعة متنوعة من التقنيات المستقلة بالإضافة إلى دراسات أكثر تفصيلاً عن المستعرات الأعظمية.

اعتمد اكتشاف الطاقة المظلمة على استخدام فئة معينة من المستعرات الأعظمية ، النوع الأول. تنفجر هذه المستعرات الأعظمية دائمًا بنفس السطوع الأقصى الجوهري تقريبًا. نظرًا لاستخدام الحد الأقصى من السطوع المرصود للمستعر الأعظم لاستنتاج المسافة ، فإن الاختلافات الصغيرة المتبقية في السطوع الأقصى الجوهري حدت من الدقة التي يمكن بها اختبار الطاقة المظلمة. على الرغم من 20 عامًا من التحسينات من قبل العديد من المجموعات ، إلا أن دراسات المستعرات الأعظمية للطاقة المظلمة ظلت حتى الآن محدودة بهذه الاختلافات.

مضاعفة عدد المستعرات الأعظمية أربع مرات

جاءت النتائج الجديدة التي أعلن عنها SNfactory من دراسة متعددة السنوات مكرسة بالكامل لزيادة دقة القياسات الكونية التي يتم إجراؤها باستخدام المستعرات الأعظمية. يتطلب قياس الطاقة المظلمة مقارنات بين السطوع الأقصى للمستعرات الأعظمية البعيدة التي تبعد مليارات السنين الضوئية عن المستعرات الأعظمية القريبة التي تبعد 300 مليون سنة ضوئية فقط. درس الفريق المئات من المستعرات الأعظمية القريبة بتفاصيل رائعة. تم قياس كل مستعر أعظم عددًا من المرات ، على فترات من بضعة أيام. فحص كل قياس طيف المستعر الأعظم ، مسجلاً شدته عبر نطاق الطول الموجي للضوء المرئي. تم استخدام أداة مصممة خصيصًا لهذا التحقيق ، مطياف المجال المتكامل سوبر نوفا ، الذي تم تركيبه في تلسكوب جامعة هاواي البالغ ارتفاعه 2.2 مترًا في Maunakea ، لقياس الأطياف.

"لطالما كانت لدينا هذه الفكرة القائلة بأنه إذا كانت فيزياء انفجار مستعر أعظمي متماثلة ، فإن أقصى سطوع لهما سيكون هو نفسه. باستخدام أطياف مصنع سوبر نوفا القريب كنوع من مسح CAT من خلال انفجار المستعر الأعظم ، يمكننا اختبار هذه الفكرة "، قال بيرلماتر.

في الواقع ، قبل عدة سنوات ، قامت الفيزيائية حنا فاخوري ، التي كانت آنذاك طالبة دراسات عليا تعمل مع بيرلماتر ، باكتشاف مفتاح لنتائج اليوم. بالنظر إلى العديد من الأطياف التي التقطتها شركة SNfactory ، وجدت أنه في عدد كبير من الحالات ، بدت أطياف مستعر أعظم مختلفين متطابقة جدًا تقريبًا. من بين المستعرات الأعظمية الخمسين أو نحو ذلك ، كان بعضها توائمًا متطابقًا تقريبًا. عندما تم تركيب الأطياف المتذبذبة لزوج من التوائم ، كان هناك مسار واحد فقط للعين. يعتمد التحليل الحالي على هذه الملاحظة لنمذجة سلوك المستعرات الأعظمية في الفترة القريبة من وقت سطوعها الأقصى.

يضاعف العمل الجديد تقريبًا أربعة أضعاف عدد المستعرات الأعظمية المستخدمة في التحليل. جعل هذا العينة كبيرة بما يكفي لتطبيق تقنيات التعلم الآلي لتحديد هذين التوائم ، مما أدى إلى اكتشاف أن أطياف المستعر الأعظم من النوع Ia تختلف بثلاث طرق فقط. تعتمد السطوع الجوهري للمستعرات الأعظمية أيضًا بشكل أساسي على هذه الاختلافات الثلاثة الملحوظة ، مما يجعل من الممكن قياس مسافات المستعرات الأعظمية بدقة ملحوظة تبلغ حوالي 3٪.

وبنفس القدر من الأهمية ، فإن هذه الطريقة الجديدة لا تعاني من التحيزات التي أحاطت بالطرق السابقة ، والتي شوهدت عند مقارنة المستعرات الأعظمية الموجودة في أنواع مختلفة من المجرات. نظرًا لأن المجرات القريبة مختلفة نوعًا ما عن المجرات البعيدة ، كان هناك قلق خطير من أن مثل هذا الاعتماد قد ينتج قراءات خاطئة في قياس الطاقة المظلمة. يمكن الآن تقليل هذا القلق بشكل كبير عن طريق قياس المستعرات الأعظمية البعيدة باستخدام هذه التقنية الجديدة.

في وصف هذا العمل ، أشار بون إلى أن "القياس التقليدي لمسافات المستعر الأعظم يستخدم منحنيات ضوئية - صور ملتقطة بألوان متعددة بينما يضيء مستعر أعظم ويتلاشى. وبدلاً من ذلك ، استخدمنا طيفًا من كل مستعر أعظم. وهذه أكثر تفصيلاً بكثير ومع أصبحت تقنيات التعلم الآلي بعد ذلك من الممكن تمييز السلوك المعقد الذي كان مفتاحًا لقياس مسافات أكثر دقة ".

ستفيد نتائج أوراق بون في تجربتين رئيسيتين قادمتين. ستكون التجربة الأولى في مرصد روبن الذي يبلغ طوله 8.4 مترًا ، قيد الإنشاء في تشيلي ، مع مسح تراث الفضاء والزمان ، وهو مشروع مشترك بين وزارة الطاقة والمؤسسة الوطنية للعلوم. والثاني هو تلسكوب نانسي جريس الروماني القادم من ناسا. ستقيس هذه التلسكوبات آلاف المستعرات الأعظمية لتحسين قياس الطاقة المظلمة. سيكونون قادرين على مقارنة نتائجهم بالقياسات التي تم إجراؤها باستخدام التقنيات التكميلية.

لاحظ ألدرينج ، وهو أيضًا مؤلف مشارك في الأوراق البحثية ، أن "تقنية قياس المسافة هذه ليست أكثر دقة فحسب ، بل إنها تتطلب طيفًا واحدًا فقط ، يتم التقاطه عندما يكون المستعر الأعظم أكثر سطوعًا وبالتالي يسهل ملاحظته - تغيير قواعد اللعبة!" يعد وجود مجموعة متنوعة من التقنيات أمرًا ذا قيمة خاصة في هذا المجال حيث تبين أن الأفكار المسبقة خاطئة والحاجة إلى التحقق المستقل عالية.

يشمل تعاون SNfactory معمل بيركلي ، ومختبر الفيزياء النووية والطاقة العالية في جامعة السوربون ، ومركز الأبحاث الفلكية في ليون ، ومعهد فيزياء اللانهاية في جامعة كلود برنارد ، جامعة ييل ، جامعة هومبولت الألمانية ، ماكس. معهد بلانك للفيزياء الفلكية ، وجامعة تسينغهوا الصينية ، ومركز فيزياء الجسيمات في مرسيليا ، وجامعة كليرمون أوفيرني.

تم دعم هذا العمل من قبل مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة ، وقسم الفيزياء الفلكية بوكالة ناسا ، ومؤسسة جوردون وبيتي مور ، والمعهد الوطني الفرنسي للفيزياء النووية والجسيمات ، والمعهد الوطني لعلوم الأرض والفلك التابع للمركز الوطني الفرنسي للبحوث العلمية. ومؤسسة الأبحاث الألمانية ومركز الفضاء الألماني ومجلس البحوث الأوروبي وجامعة تسينغهوا والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين.

خلفية إضافية

في عام 1998 ، أعلنت مجموعتان متنافستان تدرسان المستعرات الأعظمية ، وهما مشروع علم الكونيات المستعر الأعظم وفريق البحث عن سوبر نوفا ، أنهما وجدتا دليلاً على أنه ، على عكس التوقعات ، لم يكن توسع الكون يتباطأ بل أصبح أسرع وأسرع. الطاقة المظلمة هي المصطلح المستخدم لوصف سبب التسارع. مُنحت جائزة نوبل لعام 2011 لقادة الفريقين: Saul Perlmutter من Berkeley Lab و UC Berkeley ، قائد مشروع Supernova Cosmology ، وإلى Brian Schmidt من الجامعة الوطنية الأسترالية وآدم ريس من جامعة جونز هوبكنز ، من المدرسة العليا- فريق ض.

تشمل التقنيات الإضافية لقياس الطاقة المظلمة أداة التحليل الطيفي للطاقة المظلمة المدعومة من وزارة الطاقة ، بقيادة مختبر بيركلي ، والتي ستستخدم التحليل الطيفي على 30 مليون مجرة ​​في تقنية تسمى تذبذب الباريون الصوتي. سيستخدم مرصد روبن أيضًا آخر يسمى عدسات الجاذبية الضعيفة.


سوبرنوفا

أ سوبرنوفا (ر. المستعرات الأعظمية) هو انفجار نجمي. المستعرات الأعظمية شديدة السطوع وتتسبب في اندفاع إشعاعي يتفوق في كثير من الأحيان لفترة وجيزة على مجرة ​​بأكملها ، قبل أن يتلاشى عن الأنظار لعدة أسابيع أو أشهر. خلال هذه الفترة القصيرة ، يمكن للمستعر الأعظم أن يشع قدرًا من الطاقة يمكن أن تبعثه الشمس خلال فترة حياتها. يطرد الانفجار الكثير من مواد النجم أو كلها بسرعة تصل إلى 30000 كم / ثانية (عُشر سرعة الضوء) ، مما يؤدي إلى موجة صدمية في الوسط النجمي المحيط. تجتاح موجة الصدمة هذه قشرة غاز وغبار متوسعة تسمى بقايا المستعر الأعظم.

توجد عدة أنواع من المستعرات الأعظمية يمكن تشغيلها بإحدى طريقتين ، إما إيقاف أو تشغيل إنتاج الطاقة فجأة من خلال الاندماج النووي. بعد أن يتوقف قلب نجم هائل كبير السن عن توليد الطاقة من الاندماج النووي ، فقد يتعرض لانهيار جاذبي مفاجئ إلى نجم نيوتروني أو ثقب أسود ، مما يؤدي إلى إطلاق طاقة الجاذبية الكامنة التي تسخن وتطرد الطبقات الخارجية للنجم. بدلاً من ذلك ، قد يراكم نجم قزم أبيض ما يكفي من المواد من رفيق نجمي (عادةً من خلال التراكم ، نادرًا عن طريق الدمج) لرفع درجة حرارته الأساسية بما يكفي لإشعال اندماج الكربون ، وعند هذه النقطة يخضع للاندماج النووي الجامح ، مما يؤدي إلى تعطيله تمامًا. النوى النجمية التي تنفجر أفرانها بشكل دائم تنهار عندما تتجاوز كتلتها حد Chandrasekhar ، بينما تشتعل الأقزام البيضاء المتراكمة عندما تقترب من هذا الحد (حوالي 1.38 ضعف كتلة الشمس). تخضع الأقزام البيضاء أيضًا لنوع مختلف وأصغر بكثير من الانفجار النووي الحراري الذي يغذيه الهيدروجين على أسطحها يسمى nova. النجوم المنفردة التي تقل كتلتها عن تسعة كتل شمسية تقريبًا ، مثل الشمس نفسها ، تتطور إلى أقزام بيضاء دون أن تصبح أبدًا مستعرات أعظم.

في المتوسط ​​، تحدث المستعرات الأعظمية مرة كل 50 و 160 عامًا في مجرة ​​بحجم مجرة ​​درب التبانة. يلعبون دورًا مهمًا في إثراء الوسط النجمي بعناصر كتلة أعلى. علاوة على ذلك ، يمكن أن تؤدي موجات الصدمة المتوسعة من انفجارات المستعر الأعظم إلى تكوين نجوم جديدة.

نوفا (جمع نوفي) تعني "جديد" باللاتينية ، في إشارة إلى ما يبدو أنه نجم جديد ساطع للغاية يلمع في الكرة السماوية ، فإن البادئة "super-" تميز المستعرات الأعظمية عن المستعرات العادية ، والتي تتضمن أيضًا نجمًا متزايد السطوع ، وإن كان بدرجة أقل ومن خلال آلية مختلفة. بالنسبة الى قاموس Merriam-Webster's Collegiate، الكلمة سوبرنوفا تم استخدامه لأول مرة في الطباعة عام 1926 وصاغه عالم الفيزياء الفلكية وعالم الفلك السويسري فريتز زويكي. [بحاجة لمصدر]

يستخدم هذا النص مادة من ويكيبيديا ، مرخصة بموجب CC BY-SA


دراسة المستعر الأعظم تضعف نظرية المادة المظلمة

الثقوب السوداء هي واحدة من أقدم المرشحين للمادة المظلمة و mdashthe المجهول و ldquostuff & rdquo التي تدعم المجرات وتشكل 85٪ من المادة في الكون. لكن من غير الواضح ما إذا كانت الكتلة الكلية للثقوب السوداء كافية لتفسير كل المادة المظلمة. تحليل جديد للمستعرات الأعظمية يجعل هذا الاحتمال يبدو بعيد الاحتمال [1]. يجب أن يعمل ثقب أسود ذو كتلة كافية يمر أمام مستعر أعظم كعدسة مكبرة ويجعل النجم يبدو أكثر إشراقًا ، مما يسمح برصد الثقب الأسود. ولكن عندما بحث ميغيل زومالاك وأكوتيريغي وأورو وسكارون سيلجاك من جامعة كاليفورنيا في بيركلي عن هذا التأثير في أكثر من ألف مستعر أعظم ، ظهروا خالي الوفاض. ينطبق تحليلهم على جميع الثقوب السوداء التي تزيد كتلتها عن 0.01 مرة من كتلة شمسنا ، ويشير إلى أن هذه الأجسام يمكن أن تمثل 40٪ من المادة المظلمة في الكون.

اقترح ستيفن هوكينج لأول مرة فكرة أن الثقوب السوداء قد تحتوي على الكون و rsquos المفقودة في عام 1974. وسرعان ما جذبت الفكرة انتباه علماء الفيزياء الآخرين ، لأنها لم تتطلب بعض الجسيمات غير المكتشفة حتى الآن. يمكن أن تتكون الثقوب السوداء عندما تنفجر النجوم الضخمة ، ولكن هناك ما يكفي من هذه النجوم لتفسير المادة المظلمة. ومع ذلك ، تشير النظريات الحالية إلى أن أعدادًا هائلة من الثقوب السوداء قد تكونت في بدايات الكون نتيجة لانهيار الجاذبية لمناطق كثيفة من المادة ، وأن الكتلة الكلية لما يسمى بالثقوب السوداء البدائية يمكن أن تكون كافية لتفسير المادة المظلمة [2 ] (انظر الميزة المصاحبة: الجدل مستمر حول الثقوب السوداء كمادة مظلمة). لكن من غير المؤكد حقبة الكون هذه أن أفضل نظرياتنا لا تقدم تنبؤًا قويًا لكتلة الثقوب السوداء البدائية: إذا كانت موجودة ، فيمكن أن تكون خفيفة مثل 1 0 و 5 جم ، أي تقريبًا نفس وزن رمش ، أو ثقيل مثل مليار شمس.

الثقوب السوداء التي تنشأ من نجم منهار عادة ما يكون مرئي & ldquohalo & rdquo من الغاز والحطام يحوم حولهم. ومع ذلك ، فإن الثقوب السوداء البدائية ، إن وجدت ، تكونت قبل الذرات الأولى ، وتركتها خالية من الأقراص ومظلمة تمامًا. لرؤية مثل هذا الثقب الأسود ، يبحث الباحثون عن تأثيره الثقالي على الضوء. استبعدت عمليات البحث السابقة عن الثقوب السوداء عبر تأثيرات الجاذبية وجود أعداد كبيرة من الثقوب السوداء البدائية بكتل تتراوح من 1 0 نزولاً إلى 1 0 وناقص 8 أضعاف كتلة شمسنا [3 ، 4] ، مما أدى إلى تقييد النماذج الممكنة التي تسمح للثقوب السوداء بالقيام بذلك. شرح المادة المظلمة. بعد ذلك ، في عام 2015 ، اكتشف تعاون LIGO-Virgo أول إشارة جاذبية من ثقبين أسودين مدمجين [5]. أشار تحليلهم إلى أن الثقوب السوداء التي اكتشفوها كانت كتلة كل منها أكثر من 25 مرة من كتلة شمسنا وأثقل من الكتلة المتوقعة لثقب أسود نموذجي يتكون من نجم محتضر. أثار هذا الاكتشاف التكهنات بأن تعاون LIGO-Virgo قد اكتشف ثقوبًا سوداء بدائية ، وتجدد الاهتمام بالثقوب السوداء باعتبارها المادة المظلمة المرشحة [6].

في دراستهم ، بحث Zumalac & aacuterregui و Seljak عن الثقوب السوداء باستخدام تأثير عدسة الجاذبية ، وهو نفس تأثير الجاذبية الذي تم فحصه في الدراسات السابقة. ينشأ هذا التأثير عندما ينحني مسار الضوء المنبعث من جسم ما ، على سبيل المثال نجم ، بفعل جاذبية جسم آخر ، مثل الثقب الأسود ، الذي يقع بين النجم والأرض. يعمل الثقب الأسود كعدسة ، مما يجعل النجم يبدو أكثر إشراقًا ، مع درجة السطوع اعتمادًا على الثقب الأسود وكتلة rsquos (الشكل 1). بحثت تجارب العدسة السابقة عن النجوم الساطعة للثقب الأسود في سحابة ماجلان ومجرات قزمة مدشوتو التي تدور حول درب التبانة [3 ، 4 ، 7]. جعلتها مدة التجارب حساسة للتغيرات في سطوع النجم و rsquos على مدى فترات زمنية من بضع دقائق إلى خمس سنوات و mdashlong بما يكفي لاكتشاف عبور الثقوب السوداء بكتل تصل إلى 10 أضعاف كتلة شمسنا.

نفس النهج ليس عمليًا لرصد الثقوب السوداء الكبيرة ، والتي قد تستغرق عقدًا أو أكثر لتمريرها بنجم. بدلاً من ذلك ، تحول Zumalac و aacuterregui و Seljak إلى سطوع المستعرات الأعظمية الناجم عن العدسة. مجموعة متنوعة من المستعرات الأعظمية التي لاحظوها ، من النوع 1 أ ، هي شموع قياسية و [مدش] لها سطوع جوهري يمكن تحديده عن طريق قياس مدى سرعة تلاشيها. ولكن بسبب العدسة ، فإن المستعر الأعظم الذي ينفجر بالصدفة خلف ثقب أسود عابر سيبدو أكثر سطوعًا مما كان متوقعًا من وقت تلاشيه. إن البحث عن المستعرات الأعظمية الساطعة بشكل اصطناعي يلغي الحاجة إلى انتظار مرور الثقب الأسود للجسم ، مما يوفر حساسية لكتل ​​الثقب الأسود التي تتراوح من 0.01 إلى عدة آلاف مرة من الشمس.

حلل الثنائي الإشارات من أكثر من 1300 مستعر أعظم منتشرة عبر معظم السماء في نصف الكرة الشمالي ، ولم يعثروا على مستعر أعظم أكثر سطوعًا من المتوقع. بافتراض وفرة الثقوب السوداء المختلفة ، قاموا أيضًا بحساب احتمال أن يمر الثقب الأسود و mdash في نطاق الكتلة الذي يمكن اكتشافه في التجربة و [مدش] بشكل عشوائي بين الأرض وأحد المستعرات الأعظمية في الإطار الزمني للقياسات. بناءً على هذا الحساب ، استنتجوا أن الكتلة التراكمية لهذه الثقوب السوداء يمكن أن تمثل 40٪ فقط من المادة المظلمة.

يُظهر عمل Zumalac & aacuterregui و Seljak أن الثقوب السوداء ذات الكتلة الأكبر من 0.01 مرة من شمسنا تحدث بأعداد غير كافية لتفسير كل المادة المظلمة. النتيجة ، جنبًا إلى جنب مع تلك من التجارب الأخرى [8] ، تستبعد فكرة أن المادة المظلمة يمكن حسابها بالكامل بالثقوب السوداء. لكن يبقى احتمال أن تشكل الثقوب السوداء جزءًا صغيرًا من المادة المظلمة ، بينما يأتي الباقي من مصدر محتمل آخر مثل الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs) أو النيوترينوات العقيمة أو الأكسيونات. لهذا السبب ، ستستمر التجارب في البحث عن الثقوب السوداء. من المرجح أن تقوم مسوحات المستعرات الأعظمية المستقبلية بتشديد القيود التي وضعها Zumalac & aacuterregui و Seljak على كتلة ووفرة الثقوب السوداء في الكون. على سبيل المثال ، بدء التشغيل القادم لتلسكوب المسح الشامل الكبير ، والذي سيكون قادرًا على تصوير السماء بأكملها في غضون ثلاثة أيام ، يجب أن يعزز بشكل كبير قدرتنا على اكتشاف الأحداث العابرة ، سواء كانت مرتبطة بمستعرات أعظم ونجوم من الثقب الأسود ، أو شيء آخر.


Sulla (minuscola) produzione di materia oscura nelle supernovae

Si ritiene che la materia oscura sia costituita da partelle، che interagiscono con la materia solo debolmente e gravitazionalmente. Un Candato Comune لكل المواد أوسكورا سونو أنا كوسيديتي WIMP. I WIMP ، على وجه الخصوص ، Sono pesanti e Posono Essere le loro stesse antiparticelle.

هيا تأتي الجسيمات العالية ، الجسيمات الموجودة في المواد المتقدمة هي طاقة كافية للارتفاع. لا ماسا دي الجسيمات المادية ، ولكن ليس هناك ما هو أفضل من ذلك ، مما يجعل من الصعب تحديد درجة الحرارة دي - 100 GeV ، درجة الحرارة على كل من T D M ≈ 10 13 - 10 15 K ، أي درجة حرارة سائدة من جسيمات saranno prodotte. 1100 GeV T D M ≈ 10 13 10 15 ك

درجة الحرارة Tali sono الهائل malapena raggiungibile في tutti i processi astrofisici ragionevoli ، ما هو خطير في اللب-collasso supernove nucleo neoformato ha temperature، e probabilmente più durante la fase di collasso. Quindi una stima approssimativa suggerirebbe che la quantità di materia oscura prodotta è M D M ≈ e - T D M / T S N، m a x M ⊙. المقابل ، في شكل سجل رقمي 10 (TSN، un 'fter ≈ 10 11 KMDM ≈ e - TDM / TSN، m un' XM. durante una supernova sarà di circa un chilogrammo. درجة حرارة تالي سونو abbastanza raggiungibile لكل 1 جسيم من الجسيمات الأرضية DM. Quindi ci si può aspettare ottimisticamente pochi chilogrammi di materia oscura prodotta per supernova. log 10 ⁡ (MDM / kg3) (TDM / kg3) = 30.3 TSN) TSN = 1.4 10 - 2 TDM 1 GeV

أورا لا دوماندا Qual è la tipica produzione di materia nelle supernovae a collasso centrale؟ Una buona risposta، ​​immagino، sarebbe un'espansione più Solida della stima esistente. Qualsiasi التعليق على النتائج.

I WIMPS أفضلية لكل لحظة سونو احتمالية نيوترالينوس ، فيديو http://en.wikipedia.org/wiki/Neutralino

البحث عن الجسيمات سونو بورامينتي كل لحظة. Le stime di Massa nel precedente articolo di Wikipedia per la gamma di neutrino più leggera tra 10 e 10.000 GeV، il che هامة tassi di produzione nei SN saranno molto più bassi rispetto a un 1 GeV ipotizzato. Tassi di produzione più Elevati avrebbero già dovuto essere rilevati a LHC.

Quindi dalla non rilevazione (sotto forma di perdita di energia) di WIMPS a LHC dovrebbe essere possible una stima di un limite superiore dei tassi di produzione in SN.

مجموعة متنوعة من المستعرات الأعظمية ووسائط في حلبة النواة. Prendiamo un caso estremo in cui la fotodisintegrazione a raggi gamma distrugge tutti gli elementi pesanti (Si، Fe e Ni، ecc.) E li scompone in protoni، neutroni ed elettroni. Ogni nucleo rilascia tutta la sua energia di legame ، حوالي 9 ميجا فولت لكل ماسا ديل نيوكليون o 0،9٪ ديلا ماسا دي ريبوسو. La maggior parte dell'energia ، عقيدة ، viene fuori sotto forma di neutrini relativistici (il resto nell'energia cinetica di protoni ، neutroni ed elettroni). Quindi، unlimited superiore è che lo 0،9٪ della massa del nucleo finisce neiutrini. La Massa restante dei neutrini è molto inferiore، ma la massa relativistica and probabilmente il numero più rilevante.

نحن نستخدم ملفات تعريف الارتباط

نحن نستخدم ملفات تعريف الارتباط وتقنيات التتبع الأخرى لتحسين تجربة التصفح الخاصة بك على موقعنا الإلكتروني ، ولإظهار محتوى مخصص وإعلانات مستهدفة لك ، ولتحليل حركة مرور موقعنا على الويب ، وفهم من أين يأتي زوارنا.

بالمتابعة ، فإنك توافق على استخدامنا لملفات تعريف الارتباط وتقنيات التتبع الأخرى وتؤكد أن عمرك لا يقل عن 16 عامًا أو لديك موافقة من أحد الوالدين أو الوصي.


يقيس العلماء بدقة الكمية الإجمالية للمادة في الكون

انهيار الطاقة المظلمة والمادة ، الطبيعية منها والظلام ، في الكون. الصورة: UCR / محمد عبد الله

قام العلماء في جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد بقياس الكمية الإجمالية للمادة المكونة للكون بدقة ، وخلصوا إلى أن الطاقة المظلمة ، القوة الغامضة التي تسرع من توسع الكون ، تمثل 69 بالمائة من إجمالي ميزانية الطاقة الكتلية مع المعدل الطبيعي. والمادة المظلمة تساهم بنسبة 31.5٪ المتبقية (+/- 1.3).

حوالي 80 في المائة من المادة الأخيرة تتكون من مادة مظلمة ، طبيعتها غير معروفة ، مع 20 في المائة المتبقية تتكون من الجسيمات والذرات والجزيئات المألوفة للبشر مثل الغاز والغبار والكواكب والنجوم والمجرات.

قال محمد عبد الله ، أحد الخريجين: "لوضع هذه الكمية من المادة في سياقها ، إذا كانت كل المادة في الكون منتشرة بالتساوي عبر الفضاء ، فسوف تتوافق مع متوسط ​​كثافة كتلة يساوي فقط حوالي ست ذرات هيدروجين لكل متر مكعب". طالب في قسم الفيزياء وعلم الفلك UCR ومؤلف رئيسي لورقة بحثية في مجلة الفيزياء الفلكية.

"ومع ذلك ، نظرًا لأننا نعلم أن 80٪ من المادة هي في الواقع مادة مظلمة ، في الواقع ، فإن معظم هذه المادة لا تتكون من ذرات الهيدروجين بل من نوع من المادة لم يفهمه علماء الكون بعد."

To come with an accurate measure of the mass in the universe, the researchers developed a tool known at GalWeight to measure the mass of a galaxy cluster using the orbits of its member galaxies. They then compiled a catalogue of galaxy clusters based on the Sloan Digital Sky Survey and compared the number of clusters with the results of numerical simulations.

“We have succeeded in making one of the most precise measurements ever made using the galaxy cluster technique,” said co-author Gillian Wilson, a professor of physics and astronomy at UCR. “Moreover, this is the first use of the galaxy orbit technique which has obtained a value in agreement with those obtained by teams who used non-cluster techniques such as cosmic microwave background anisotropies, baryon acoustic oscillations, Type Ia supernovae, or gravitational lensing.”

Combining their results with those obtained by other researchers using different techniques, the UCR team was able to determine what they conclude is the best combined value of 31.5 percent.


Supernovae analysis finds scant evidence for dark energy

A new statistical analysis of type 1a supernovae observations has failed to find substantial statistical evidence that the rate of expansion of the universe has been increasing over time. Instead, the calculations are consistent with a universe that is expanding at a mostly constant rate – something that could be at odds with the popular lambda-cold dark matter (ΛCDM) model of cosmology.

Type 1a supernovae are exploding stars that play an important role in astronomy as “standard candles” that emit the same type and quantity of light. This means that the distance to a supernova can be worked out simply from its brightness in the sky.

Prior to the late 1990s, cosmologists had assumed that the expansion of the universe should either be constant over time, or slowing down. But then a team led by Saul Perlmutter and another team led by Adam Riess and Brian Schmidt noticed that the rate of expansion of the universe has been increasing. The teams found that more than 50 distant type 1a supernovae are fainter than expected for their measured redshift.

The expansion of the universe causes the light from a supernova to be shifted to longer wavelengths when observed on Earth. This redshift tells astronomers how quickly the supernova was moving away from us when the explosion occurred – which gives us the rate of the expansion of the universe at that time.

Surprise discovery

The surprise discovery was evidence that the expansion of the universe has been accelerating. It earned Perlmutter, Riess and Schmidt the 2011 Nobel Prize for Physics and led physicists to speculate that this acceleration was driven by an unseen entity called dark energy.

Since then, further independent evidence for the accelerating expansion has come to light in measurements of the cosmic microwave background (CMB) and observations of galaxies. Indeed, the accelerating expansion of the universe has become a pillar of the most popular theory of cosmology, ΛCDM, where Λ is the cosmological constant that describes the acceleration.

Hundreds of other type 1a supernovae have been observed since the 1990s, but now some physicists are beginning to doubt whether these observations support an accelerating expansion. Subir Sarkar of the University of Oxford in the UK, Jeppe Nielsen of the Niels Bohr International Academy in Denmark and Alberto Guffanti of Italy’s University of Turin have done a statistical analysis of data from 740 type 1a supernovae and concluded “that the data are still quite consistent with a constant rate of expansion”.

Overly simple

The difference between the trio’s study and previous analyses is how variations in supernovae light are dealt with. While all type 1a supernovae are nearly identical, astrophysicists know that there are important differences that must be accounted for. Sarkar and colleagues argue that the statistical techniques adopted for previous studies are too simple and not appropriate for the growing set of observational data.

Using a technique that Sarkar describes as “industry standard statistics,” the trio took a different approach to dealing with variations in the supernovae. They concluded that the deviation from a constantly expanding universe is less than about 3σ, which is a relatively poor statistical significance. “The evidence for accelerated expansion is marginal,” says Sarkar, who believes that the ΛCDM model needs rethinking.

Roberto Trotta of Imperial College London does not go that far, pointing out that there is other independent and strong evidence for the accelerating expansion. However, he acknowledges that the evidence for acceleration in type 1a observations does not appear to be as robust as previously thought. Trotta – who has developed a new statistical method for analysing type 1a data that is different than Sarkar’s – says that astronomers are poised to observe thousands of new type 1a supernovae and must be prepared to adopt more rigorous statistical techniques to analyse them.


Supernovae reveal that primordial black holes cannot account for all dark matter

Primordial black holes do not account for all dark matter, according to new research by Miguel Zumalacárregui and Uroš Seljak at the University of California, Berkeley. The duo has made the best measurement yet of the abundance of black holes in the cosmos by measuring the gravitational lensing of light from type 1a supernovae. Their study puts an upper limit of 40% on how much dark matter can be accounted for by primordial black holes

For decades, physicists have grappled with growing evidence that the formation and dynamics of galaxies and larger structures in the universe are governed by gravitational forces from unseen dark matter. While the mysterious substance appears to account for about 85% of all matter in the universe, dark-matter particles have yet to detected directly.

While most astrophysicists believe that dark matter is some sort of exotic particle, another explanation – first put forth in 1974 by Stephen Hawking – is that primordial black holes could account for some dark matter. Such black holes could have formed in the early universe and could have masses that range from just millionths of a gram to billions of solar masses. They are not expected to be surrounded by radiation-emitting disks of gas and dust – which would make them dark and very difficult to detect.

Bending starlight

One way of testing Hawking’s hypothesis is gravitational lensing. This occurs when a massive object such as a black hole lies between the Earth and distant star. The gravitational field of the black hole bends the starlight towards Earth, making the star appear brighter. The idea is that as primordial black holes move across our view of distant stars, the light we observe should fluctuate over relatively short timescales. Lensing studies have already ruled out the existence of large numbers of primordial black holes that range in size from the very tiny to about 10 solar mases.

More massive primordial black holes, however, are difficult to study in this way because the light fluctuations occur over timescales of decades – making astronomical observations impractical. As a result, astronomers have been unable to search for larger primordial black holes.

Supernovae analysis finds scant evidence for dark energy

To get around this problem, Zumalacárregui and Seljak looked at light from gravitationally-lensed type 1a supernovae. Dubbed “standard candles”, these exploding stars give off light at a very specific brightness that fades over time in a very specific way. When viewed through a gravitational lens, the relationship between the brightness of the supernova and the rate at which it fades should be different than that seen in a supernova that is not lensed. This should reveal the presence of large primordial black holes without the need for long observation times.

Zumalacárregui and Seljak analysed observations of 1300 supernovae and found no objects with an unusual brightness-fading relationship. This allowed them to conclude that there cannot be a sufficient number of primordial black holes with masses greater than 0.01 solar masses to account for all dark matter in the universe. Instead, they say primordial black holes could account for at most around 40% of dark matter. The result confirms the importance of continuing the search for as-yet unobserved sources of dark matter, including elementary particles such as WIMPs, sterile neutrinos and axions.


Two Kinds Of Gravitational Lenses Both Reveal Dark Matter

Clumps and clusters of galaxies exhibit gravitational effects on the light-and-matter behind them . [+] due to the effects of weak gravitational lensing. In addition, arcs, multiple images of the same galaxy, and highly magnified galaxies show strong gravitational lensing. Both effects enable us to reconstruct their mass distributions, both require dark matter to explain.

ESA, NASA, K. Sharon (Tel Aviv University) and E. Ofek (Caltech)

When we look at the objects in the Universe, the mass just doesn’t add up.

A galaxy that was governed by normal matter alone (L) would display much lower rotational speeds in . [+] the outskirts than towards the center, similar to how planets in the Solar System move. However, observations indicate that rotational speeds are largely independent of radius (R) from the galactic center, leading to the inference that a large amount of invisible, or dark, matter must be present.

WIKIMEDIA COMMONS USER INGO BERG/FORBES/E. SIEGEL

All the normal matter in the Universe — atoms, plasma, stars, black holes, etc. — can’t explain what we see.

According to models and simulations, all galaxies should be embedded in dark matter halos, whose . [+] densities peak at the galactic centers. On long enough timescales, of perhaps a billion years, a single dark matter particle from the outskirts of the halo will complete one orbit. The effects of gas, feedback, star formation, supernovae, and radiation all complicate this environment, making it extremely difficult to extract universal dark matter predictions, but the biggest problem may be that the cuspy centers predicted by simulations are nothing more than numerical artifacts.

NASA, ESA, AND T. BROWN AND J. TUMLINSON (STSCI)

There needs to be more mass than normal matter alone to explain what we see.

The formation of cosmic structure, on both large scales and small scales, is highly dependent on how . [+] dark matter and normal matter interact. Despite the indirect evidence for dark matter, we'd love to be able to detect it directly, which is something that can only happen if there's a non-zero cross-section between normal matter and dark matter. The structures that arise, however, including galaxy clusters and larger-scale filaments, are undisputed in their support for dark matter.

Illustris Collaboration / Illustris Simulation

Some novel, exotic, invisible “dark matter” is the leading theoretical idea.

In modern cosmology, a large-scale web of dark matter and normal matter permeates the Universe. On . [+] the scales of individual galaxies and smaller, the structures formed by matter are highly non-linear, with densities that depart from the average density by enormous amounts. On very large scales, however, the density of any region of space is very close to the average density: to about 99.99% accuracy.

WESTERN WASHINGTON UNIVERSITY

It’s a radical proposition to presume dark matter’s existence, but gravitational lenses can reveal it.

This illustration shows how the presence of a foreground mass, such as a massive galaxy cluster, can . [+] magnify and distort the light coming from a background galaxy or quasar. This phenomenon has many different manifestations, but is always known as some form of gravitational lensing.

There Is Only One Other Planet In Our Galaxy That Could Be Earth-Like, Say Scientists

In Photos: The ‘Super Strawberry Moon’ Sparkles As Summer’s First, Biggest And Brightest Full Moon Hangs Low

29 Intelligent Alien Civilizations May Have Already Spotted Us, Say Scientists

In Einstein’s General Relativity, the presence of mass curves the fabric of spacetime.

Gravitational lenses, magnifying and distorting a background source, allow us to see fainter, more . [+] distant objects than ever before.

ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), L. CALÇADA (ESO), Y. HEZAVEH ET AL.

A large collection of foreground mass distorts the background light through the process of gravitational lensing.

In the centre of this image, taken with the NASA/ESA Hubble Space Telescope, is the galaxy cluster . [+] SDSS J1038+4849 and it seems to be smiling. You can make out its two orange eyes and white button nose. In the case of this happy face, the two eyes are very bright galaxies and the misleading smile lines are actually arcs caused by an effect known as strong gravitational lensing.

NASA & ESA Acknowledgement: Judy Schmidt

When light magnifies and creates multiple images of distant objects, that’s strong gravitational lensing.

In this image, six examples of the rich diversity of 67 strong gravitational lenses found in the . [+] COSMOS survey. The lenses were discovered in a recently completed, large set of observations as part of a project to survey a single 1.6-square-degree field of sky (nine times the area of the full Moon) with several space-based and Earth-based observatories. Gravitational lenses occur when light travelling towards us from a distant galaxy is magnified and distorted as it encounters a massive object between the galaxy and us. These gravitational lenses often allow astronomers to peer much further back into the early Universe than they would normally be able to. The COSMOS project, led by Nick Scoville at the California Institute of Technology, used observations from several observatories including the Hubble Space Telescope, the Spitzer Space Telescope, the XMM-Newton spacecraft, the Chandra X-ray Observatory, the Very Large Telescope (VLT), and the Subaru Telescope. In total 67 gravitational lenses were found.

NASA, ESA, C. Faure (Zentrum für Astronomie, University of Heidelberg) and J.P. Kneib (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille)

These strong lenses indicate six times the total mass as normal matter alone.

By leveraging a total of eight quadruply lensed systems (six are shown here), astrophysicists were . [+] able to use gravitational lensing to place constraints on dark matter substructure in the Universe, and hence on the mass/temperature of dark matter particles as a result.

NASA, ESA, A. Nierenberg (JPL), and T. Treu and D. Gilman (UCLA)

They also reveal dark matter substructures: small sub-halos embedded within larger structures.

Any configuration of background points of light -- stars, galaxies or clusters -- will be distorted . [+] due to the effects of foreground mass via weak gravitational lensing. Even with random shape noise, the signature is unmistakeable.

Wikimedia Commons user TallJimbo

Additionally, weak gravitational lenses reveal dark matter as well.

The overlay in the lower left hand corner represents the distortion of background images due to . [+] gravitational lensing expected from the dark matter "haloes" of the foreground galaxies, indicated by red ellipses. The blue polarization "sticks" indicate the distortion. These effects are consistent with the observations.

Mike Hudson/Waterloo Hubble & NASA

These less ideal configurations still distort the shapes and orientations of background galaxies.

Clumps and clusters of galaxies exhibit gravitational effects on the light-and-matter behind them . [+] due to the effects of weak gravitational lensing. This enables us to reconstruct their mass distributions, which should line up with the observed matter.

ESA, NASA, K. SHARON (TEL AVIV UNIVERSITY) AND E. OFEK (CALTECH)

By observing this light, we reconstruct the foreground masses of these weak lenses.

A galaxy cluster can have its mass reconstructed from the gravitational lensing data available. Most . [+] of the mass is found not inside the individual galaxies, shown as peaks here, but from the intergalactic medium within the cluster, where dark matter appears to reside. The time-delay observations of the Refsdal supernova, for example, cannot be explained without the presence of dark matter.

A. E. EVRARD. NATURE 394, 122–123 (09 JULY 1998)

In both cases, dark matter is absolutely necessary.

The galaxy cluster MACS 0416 from the Hubble Frontier Fields, with the mass shown in cyan and the . [+] magnification from lensing shown in magenta. That magenta-colored area is where the lensing magnification will be maximized. Mapping out the cluster mass allows us to identify which locations should be probed for the greatest magnifications and ultra-distant candidates of all.

STSCI/NASA/CATS TEAM/R. LIVERMORE (UT AUSTIN)

The same ratio — 5 times the abundance of normal matter — explains everything we’ve observed.

This image showcases the massive, distant galaxy cluster Abell S1063. As part of the Hubble Frontier . [+] Fields program, this is one of six galaxy clusters to be imaged for a long time in many wavelengths at high resolution. The diffuse, bluish-white light shown here is actual intracluster starlight, captured for the first time. It traces out the location and density of dark matter more precisely than any other visual observation to date.

NASA, ESA, AND M. MONTES (UNIVERSITY OF NEW SOUTH WALES)

Mostly Mute Monday tells an astronomical story in images, visuals, and no more than 200 words. Talk less smile more.


شاهد الفيديو: Gravity and dark matter الجاذبية و المادة المظلمة #قهوتي (ديسمبر 2022).