Nowe badania podważają dotychczasową wiedzę o ciemnej materii
Analiza danych z wielkiego przeglądu galaktyk sugeruje, że ciemna materia może być rzadsza i jest bardziej równomiernie rozłożona w przestrzeni niż dotychczas sądzono. Do takich wniosków doszedł międzynarodowy zespół naukowy, który wykorzystał dane z Kilo Degree Survey do sprawdzenia, w jaki sposób ciemna materia wpływa na światło z około 15 milionów galaktyk. Wyniki analizy nie zgadzają się z danymi uzyskanymi za pomocą satelity Planck.
Naukowcy wykorzystali zjawisko soczewkowania grawitacyjnego, jednak nie to, o którym słyszymy częściej, kiedy to światło zaginane jest np. przez galaktykę, ale znacznie słabsze, gdy zaginają je większe struktury. Dzięki zakrojonym na szeroką skalę specjalistycznym obserwacjom i metodom statystycznym można zbadać rozkład materii zaginającej światło. I tym właśnie zajął się zespół pracujący pod kierunkiem Hendrika Hildebrandta z Argelander-Institut fur Astronomie w Bonn i Massima Violi z holenderskiego Obserwatorium w Leiden.
Co interesujące, uzyskane przez nich wyniki wydają się odmienne od tego, co wiemy z obserwacji satelity Planck. Elementem, który przede wszystkim się nie zgadza, jest rozkład ciemnej materii. Zdaniem Hildebranda i Violi, jest ona rozłożona znacznie bardziej równomiernie.
Jako że ciemna materia i jej rozkład to jeden z kluczowych elementów kosmologii, najnowsze badania mają olbrzymie znaczenie. Niewykluczone, że trzeba będzie ponownie przemyśleć fundamentalne kwestie dotyczące ewolucji wszechświata. Nasze odkrycie pozwoli na udoskonalenie modeli teoretycznych dotyczących rozszerzania się wszechświata - mówi Hildebrandt. Widzimy tutaj sporą niezgodność z danymi uzyskanymi z Plancka. Przyszłe badania, takie jak planowana misja satelity Euklides czy Large Synoptic Survey Telescope, pozwolą nam na sprawdzenie najnowszych pomiarów i lepsze zrozumienie wszechświata - stwierdził Konrad Kuijken z Leiden Observatory.
Komentarze (127)
dexx, 8 grudnia 2016, 12:53
Cierpliwie czekam, aż teoria ciemnej materii upadnie jak teoria eteru, a w jej miejsce pojawi sie cos ciekawszego.
thikim, 8 grudnia 2016, 13:37
Przyznam się że i im trochę ta teoria się nie podoba. Ostatnio po necie plącze się artykuł podważający niemal całkowicie istnienie DM (CM). Zakłada że prawa Newtona są inne gdy przyspieszenie jest poniżej pewnej wartości krytycznej.
Jarek Duda, 8 grudnia 2016, 14:46
Uparcie i bezskutecznie szukają masywnych cząstek (zlokalizowanych) dla ciemnej materii ... a może chodzi po prostu o bezmasowy szum termiczny - dokładnie jak elektromagnetyczne promieniowanie tła: prawie równomiernie rozłożone jak w powyższej wiadomości.
Obserwujemy 2.7K EM szum termiczny ("promieniowanie tła") ... ale mamy jeszcze inne oddziaływania: słabe, silne, grawitacyjne i związane z nimi pola - jest pewne niewielkie aczkolwiek niezerowe oddziaływanie między tymi polami: ich stopnie swobody powinny się stermalizować w czasie wielkiego wybuchu i historii wszechświata.
Szum termiczny pól innych (nie EM) oddziaływań jest znacznie trudniejszy do bezpośredniego zaobserwowania.
Co więcej, część stopni swobody może wymagać lokalnej aktywności - zagęszczając tą "ciemną energię" w okolicy galaktyk - tworząc znane "halo ciemnej materii".
Pytanie jak oszacować ilość energii w szumie termicznym innych oddziaływań - termalizacja (np. do 2.7K) oznacza stałą energię na stopień swobody, czyli pytanie jest: jak oszacować gęstość stopni swobody dla pól różnych oddziaływań?
dexx, 8 grudnia 2016, 14:47
Ale czemu odwoływać się do teorii Newtona skoro wiadomo stanowi ona tylko bardzo dobre ale przyliżenie a powinno się korzystać OTW.
KacperM, 8 grudnia 2016, 16:51
Czy bezmasowy szum termiczny byłby wstanie oddziaływać grawitacyjnie ? Tak jak hipotetyczna czarna materia ? W końcu brakuje nam odpowiedniej ilości masy w galaktykach.
Jarek Duda, 8 grudnia 2016, 17:19
Myślę że jak najbardziej, podobnie jak soczewkowanie grawitacyjne: odginanie trajektorii bezmasowych fotonów przez masywne obiekty.
Analog 3 zasady dynamiki sugeruje że te fotony też przyciągają masywny obiekt ... że równoważność energii i masy grawitacyjnej dotyczy nie energii jako masy spoczynkowej (m0), tylko uwzględniającej prędkość (m0 * gamma) lub energię dla bezmasowego promieniowania.
Różnicę między masywnymi (cząstkami) a bezmasowymi wzbudzeniami danego pola dobrze ilustruje model sine-Gordona:
https://en.wikipedia.org/wiki/Sine-Gordon_equation
To jest ciąg sprzężonych wahadełek - możemy lekko wzbudzić i taka bezmasowa fala będzie się propagować ("foton").
Natomiast jeśli mocniej wzbudzimy, pojawia się masywna cząstka (tzw. kink) - ze skwantowaniem ładunku, praktycznie całym STW (m = m0*gamma, skrócenie Lorenza, dylatacja czasu), interakcją krótkozasięgową.
Np. tu jest anihilacja kink-antykink, po której powstają bezmasowe wzbudznia: "fotony".
https://en.wikipedia.org/wiki/Topological_defect#Images
Bezmasowe fotony pola EM obserwujemy jako 2.7K promieniowanie tła - może bezmasowe wzbudzenia (szum termiczny) pozostałych pól oddziaływań to jest to co interpretujemy jako ciemna energia/materia?
thikim, 8 grudnia 2016, 19:14
No ale CM nie jest równomiernie rozłożona
OTW na ile to rozumiem koryguje prawo Newtona ale to prawo Newtona jest tu prawem.
Jarek Duda, 8 grudnia 2016, 19:26
Jak napisałem dalej: "Co więcej, część stopni swobody może wymagać lokalnej aktywności - zagęszczając tą "ciemną energię" w okolicy galaktyk - tworząc znane "halo ciemnej materii"."
Aktywność wewnątrz galaktyki: od fuzji wewnątrz gwiazd, do bardzo aktywnego centralnego kwazara może zwiększyć poziom szumu dla niektórych stopni swobody pól oddziaływań - tworząc halo szumu termicznego o zwiększonej gęstości energii - mniej więcej sferyczne "halo ciemnej materii" dookoła galaktyk.
thikim, 8 grudnia 2016, 19:42
Cóż. Obecnie zakłada się generalnie że CM oddziałując grawitacyjnie gromadzi się wokół obiektów o dużej grawitacji, np. galaktyk.
Co jednak byłoby dość dziwne bo w takim wypadku powinny powstać czarne dziury CM
zatem pomysł z uzależnieniem gęstości CM od czegoś innego niż grawitacja np. od szumu termicznego jest ciekawy.
Jarek Duda, 8 grudnia 2016, 19:48
Gdyby CM się gromadziła grawitacyjnie, powinna prowadzić do zagęszczeń - a niby nie prowadzi.
Natomiast rozkład Boltzmanna dla szumu termicznego mówi że pojawia się pewnego rodzaju ciśnienie zapobiegające zagęszczeniu CM - w którym szum odbiegałby od ekwipartycji energii.
ex nihilo, 9 grudnia 2016, 06:43
To by chyba było cholernie kosztowne energetycznie dla galaktyki, jakoś by musiała za to halo "zapłacić". Tym bardziej, że:
Zakładając, że to bezmasowce, to raczej trzeba by też założyć, że v=c, a to spowoduje (prawie)natychmiastową ucieczkę. Czyli wracamy do "ceny". ?
Mam swój durny dosyć pomysł na "ciemnoty", o którym kiedyś tu napisałem (zabawka, ale chyba ją lubię
) - że to śmietnik ewolucji Wszechświata, stale uzupełniany. Przynajmniej z naszego punktu widzenia śmietnik - wszystko, co kiedykolwiek powstało (jako "urealnione" fluktuacje próżni/przestrzeni), a nie zmieściło się w schemacie (umownie) modelu standardowego, ale oddziałuje grawitacyjnie (bo w naszym 3D+1 w skali makro powstało), sobie tu i tam ciemniaczy. W takim układzie bardziej równomierny rozkład mi pasuje.
Jako "losowiec" nie widzę powodu, żeby ewolucja Wszechświata miała działać bezodpadowo i ze 100% skutecznością produkować tylko to, co da się wsadzić do worka MS. Grawitacyjna równowartość ~ jednego protonu na m3 próżni na 109 lat lądująca w śmietniku powinna chyba wystarczyć... A z drugiej strony ta przemiana próżni/przestrzeni może przejawiać się też jako DE.
To tylko takie bajania, ale coś w tym może być (no chyba, żeby nie mogło
).
Tak łatwo się nie zrobią z chmury gazu, ale może jakieś istnieją - od zwykłych byśmy ich pewnie nie rozróżnili, przynajmniej na razie.
Jarek Duda, 9 grudnia 2016, 07:16
To brzmi podobnie do tego co napisałem - w MS operuje się na pełnych cząstkach, jak kinki w sine-Gordonie ... podczas gdy zostają jeszcze drobne fluktuacje które nie tworzą pełnej cząstki ("kinku") - których stopnie swobody powinny się stermalizować z 2.7K promieniowaniem tła - dając mniej więcej stałą gęstość "ciemnej energii" jako artefakt wielkiego wybuchu.
Podczas gdy naturalnym źródłem energii dla takiego DE jest wielki wybuch, sytuacja z DM jest rzeczywiście trudniejsza.
Źródłem tego dodatkowego szumu termicznego "halo ciemnej materii" może być aktywność galaktyki - akumulująca się przez te ostatnie 12-14 miliardów lat.
A może wystarczy przyciąganie grawitacyjne które zagęszcza ciemną energię dookoła galaktyk?
thikim, 9 grudnia 2016, 07:42
Łatwo zapewne nie. Ale biorąc pod uwagę biliony takich chmur tak jak i są biliony zwykłych galaktyk. Biorąc pod uwagę oddziaływanie grawitacyjne ze zwykłą materią. Biorąc wreszcie pod uwagę że CM masowo ma ile? z 5- krotną przewagę? nad zwykłą materią, to trochę tych CBH powinno powstać
Ale nawet nie CD, a obiekty zwarte gwiazdopodobne? Przecież jak tej materii (CM) jest tak dużo (w skali np. galaktyk rozpatrując) i oddziałuje grawitacyjnie to chyba jest wręcz konieczność.
Aczkolwiek jak pisałem gdzie indziej przecież i CD są rozpatrywane jako przynajmniej część masy DM.
I jest jeszcze to:
https://en.wikipedia.org/wiki/Dark-energy_star
Tu ktoś pisze, że ze względu na brak oddziaływań elektromagnetycznych dla DM mało prawdopodobne jest formowanie zwartych obiektów:
http://curious.astro.cornell.edu/about-us/95-the-universe/galaxies/general-questions/508-are-there-any-dark-stars-or-dark-galaxies-made-of-dark-matter-advanced
Ale to działka Astro
, może się odezwie.
A co do samej DM - jest tylu kandydatów że być może każdy po trochu ma w DM wkład. A nam się po prostu taka kolejność odkrywania trafiła że najpierw zobaczyliśmy grawitację ogółu. A równie dobrze mogliśmy najpierw dostrzec poszczególnych nieznanych kandydatów i wtedy nazwa DM nie byłaby w ogóle potrzebna (tzn. "zobaczenie" grawitacji ogółu było oczywiście pomiarowo dużo bardziej prawdopodobne).
Gość Astro, 9 grudnia 2016, 17:09
No dobra, wstaję już z leża (szczerze to nie "chcem", ale patrzy, że "muszem"… :/ Muszę jednak dodać, że żadnych działek nie wciągam.).
Oryginał:
http://www.eso.org/public/news/eso1642/
i źródełko:
https://arxiv.org/pdf/1606.05338.pdf
Trochę jak radio Erewań. "Sensacyjny" tytuł na KW "Nowe badania podważają dotychczasową wiedzę o ciemnej materii" trochę przygasa wobec tytułu w oryginale:
(dodam, że nasza wiedza w kontekście DM jest bardziej niewiedzą niż wiedzą)
Zatem: tak, to prawda, ale nie samochody, tylko rowery…
Podtytuł oryginału może wzbudzać pewien "entuzjazm entuzjastów" (
)
choć autorzy w źródle (abstract
) dużo mniej sensacyjnie:
Czyli: nie na Placu Czerwonym, tylko w okolicach Dworca Warszawskiego…
Ponieważ każdy zapewne wie, że nic rzeczywistego, co mogłoby stanowić DM nie złapaliśmy, to oczywiście wszyscy domyślają się co jest dalej: i nie rozdają, tylko kradną.
thikim, 9 grudnia 2016, 18:13
A neutrina? A CD? Problem jest z ilością ale złapać złapaliśmy - zwłaszcza te neutrina
No i pytałem o Twoje zdanie na temat formowania się z DM czegoś bardziej masywnego jak np. gwiazda (przy założeniu że DM to jakieś tam nieznane cząstki o niezerowej masie spoczynkowej).
Gość Astro, 9 grudnia 2016, 18:24
Od bardzo dawna wiemy, że neutrina (nawet przy swojej liczności) to cieniasy. A CD (mam nadzieję, że mówimy o BH
)? Że co, zapytam? Dziursko czarne to moment pędu, ładunek elektryczny i (najważniejsze) MASA. A masa czego? Jakie to ma znaczenie? 
Nie mam zdania, choć właściwie mam, ale nie będę pejoratywnie wyrażał się o pewnych pytaniach.
ex nihilo, 9 grudnia 2016, 18:31
Tak, sprzeczności nie ma. U mnie przede wszystkim jest znacznie więcej stopni swobody - nie ograniczają się tylko do bezmasowców, do czterech oddziaływań itp. Też nie ograniczam powstawania tych dziwolągów do BB, raczej odwrotnie, ale to za chwilę, jednak ogólna idea jest jest podobna.
Przyjąłem założenie, że im próżnia bardziej "pusta", tym produkcja dziwadeł jest bardziej wydajna - więcej jest stopni swobody. W skrajnym przypadku, "NIC", nie ma jakichkolwiek ograniczeń.
Tutaj mi pasuje bąblowata struktura wielkoskalowa. Wewnątrz bąbli próżnia jest tylko w niewielkim zanieczyszczona przez cząstki MS, czyli tam powinno powstawać najwięcej dziwolągów. Przyciąganie grawitacyjne galaktyk, a w zasadzie całych ścianek bąbli, by te dziwolągi do siebie ściągało. Do tego by dochodził (statystycznie) ich własny pęd.
Pytanie jest jak by się zachowała próżnia w taki sposób "dojona", i tu zakładam, że może dochodzić do kontrakcji - "puchnięcia" przestrzeni (=DE). Czyli objętość pustego wnętrza bąbli zwiększała by się proporcjonalnie (w zasadzie wykładniczo) bardziej, niż objętość "ścianek", dodatkowo ściskanych przez własną grawitację. Jak z tego wynika, DM i DE nie wiążę z BB (+ ew. inflacja itd.), który by był tylko (lub prawie tylko) impulsem uruchamiającym dalszą ewolucję. To się dzieje tu i teraz, tylko że wewnątrz galaktyk, gdzie siedzimy, nawet skupisk galaktyk itd., próżnia jest mocno zanieczyszczona, czyli proces jest mało wydajny.
W sumie w tą zabawkę dałoby się trochę matematyki włożyć, ale większość danych byłaby i tak z kapelusza albo na tyle niedokładna, że sens tego byłby raczej niewielki - co by się chciało, to by się wykazało
Może coś takiego by wyszło w analizie rozkładu EM 2,7K - to, co przechodzi przez wnętrze bąbli powinno być odrobinę chłodniejsze.
W sumie to spekulacja na spekulacji spekulacją popychana, ale że zabawa fajna i nieszkodliwa, to co sobie żałować
Jarek Duda, 9 grudnia 2016, 19:22
Dla mnie motywacja to, jak u ostatnio modnego dBB, Coudera etc., że nie wystarczy być usatysfakcjonowanym "zrozumieniem" np. elektronu jako efekt działania operatora kreacji ... tylko że należy się jednak zapytać o jego skomplikowaną strukturę pól m.in. elektromagnetycznych (za ładunkiem i dipolem magnetycznym) - czyli potraktowanie elektronu jako solitonu tych pól.
Wtedy, poza niosącymi dziesiątki GeV bozonów odpowiedzialnych za oddziaływania, dokładniej jak w modelu sine-Gordona (model wszechświata z użyciem wiertarki
powyżej) dozwolone są też drobne bezmasowe fluktuacje pól odpowiadających za oddziaływanie słabe i silne - ich termodynamiczne stopnie swobody powinny być stermalizowane z 2.7K szumem EM.
W modelu do którego doszedłem ( http://fqxi.org/data/essay-contest-files/Duda_elfld_1.pdf ) w próżni (daleko od cząstek) mamy elektromagnetyzm + faza kwantowa (+ grawitomagnetyzm) ... natomiast blisko cząstek (żeby uniknąć m.in. nieskończonej energii punktowego ładunku) aktywuje się potencjał typu Higgsa (słabe i silne oddziaływania, dając cząstce masę) - bez grawitacji to są 3 dodatkowe zmienne które termicznie powinny mieć drobne fluktuacje jak w sine-Gordonie ... prowadzące do efektów dokładnie jak ciemna energia/materia.
Gość Astro, 9 grudnia 2016, 19:31
Mody przemijają. Kiedyś modne były futra. Dziś, jak wyślę Panią w miasto w futrze, to powróci pewnie oblana różową farbą.
Można przebić atu, czyli operatorem anihilacji?
Możesz rozwinąć myśl dotyczącą "solitonu pól"?
Proszę o wybaczenie, ale czy mógłbyś uzasadnić pierwsze zdanie abstractu?
thikim, 9 grudnia 2016, 19:32
To skąd skupiska DM w galaktykach? Grawitacyjnie są ściągane z zewnątrz?
Gość Astro, 9 grudnia 2016, 19:36
No tak. Z definicji (może być oczywiście błędna
)…
https://pl.wikipedia.org/wiki/Ciemna_materia
Jarek Duda, 9 grudnia 2016, 19:47
Astro, wracanie do zakazanych pytań o dynamikę ukrytą za kwantowym opisem jest nie tylko modą, ale i koniecznością jako że metody obserwacyjne zaczynają pracować w tych skalach.
Jak zapytasz się fizyka cząstek, elektron jest efektem działania operatora kreacji - potrafią przypisać wartości liczbowe do wynikłych diagramów Feynmana i ten opis ich satysfakcjonuje.
"Soliton pól" to konfiguracja utrzymująca kształt: https://en.wikipedia.org/wiki/Soliton ... czyli podobnie jak elektron.
Jak chcesz zniszczyć soliton topologiczny, jak w sine-Gordonie ( https://en.wikipedia.org/wiki/Sine-Gordon_equation ), czy dla wirów Abrikosova, musisz go zderzyć z przeciwnym ładunkiem.
Pierwsze zdanie abstraktu to "Universal formalism of QFT operates on abstract entities like point particles, not asking about their spatial structures, dynamics behind processes like photon production." - czyli dokładnie to co piszę. QFT jest uniwersalną "algebrą" operowania na zmiennej ilości cząstek, ale podobnie jak algebra "jabłko + jabłko = 2 jabłka" nie pyta czym jest jabłko, QFT abstrahuje od kwestii natury i struktury cząstek.
Gość Astro, 9 grudnia 2016, 20:03
Jarku, wiesz zapewne, że robię tutaj trochę za przecherę.
Poważniej, to nie ma zakazanych pytań. Sam je zadaję codziennie. Nie ma tylko dobrych odpowiedzi. Wiesz to zapewne doskonale. Co do "konieczności" to przesadzasz, bo nasza CIEKAWOŚĆ przebija wszystko, a "metodom obserwacyjnym" wciąż daleko do naszych nawet niezbyt "śmiałych pytań".
Tak się składa, że znam paru. Żaden nie pije tyle alkoholu by twierdzić coś podobnego. Elektron JEST (o ile jest
), a operator kreacji to taki fajny robaczek na papierku…
Nic tam nie ma o SOLITONIE PÓL. Chyba, że miałeś na myśli JEDNO pole.
Topologiczny to jakiś bardziej wyrafinowany niż "nietopologiczny"?
Niestety, nie zgodzę się.
Jarek Duda, 9 grudnia 2016, 20:28
Przykład zakazanego pytania przez dominującą ortodoksyjną mechanikę kwantową jest o ukrytą dynamikę elektronu za kwantową chmurą prawdopodobieństwa np. wodoru ... wydaje się podstawowym, a standardowa edukacja QM wręcz zabrania go zadawać.
Inny przykład to o strukturę pól m.in. EM za elektronem. Punktowy ładunek dałby nieskończoną energię co jest bzdurą.
Znani mi fizycy teoretyczni na próbę wyciągnięcia czym rzeczywiście jest elektron zasłaniają się perturbacyjnym QFT: operatorem kreacji, diagramami Feynmana.
Soliton jak najbardziej może być równocześnie wielu pól: np. elektron jako osobliwość równocześnie pola elektrycznego (ładunek) jak i magnetycznego (dipol magnetyczny).
Idealnie byłoby mieć jedno pole unifikujące wszystkie - którego solitony odtwarzają znaną menażerię cząstek i ich dynamikę.
Solitony topologiczne są specjalne: mają dodatkowy powód topologiczny na kwantyzację ładunku: jak sine-Gordon (minimum potencjału jest niespójne), czy wiry Abrikosova (faza kwantowa musi się zamykać do 2kpi po pętli) ... mają zachowanie całkowitego ładunku jak tw. Gaussa-Bonneta działające dokładnie jak tw. Gaussa dla pola E - slajd 4 z https://dl.dropboxusercontent.com/u/12405967/soliton.pdf .
QFT mówi jak przyporządkować wartość do poszczególnych możliwych scenariuszy (diagramów Feynmana) - jest to niezwykle uniwersalny formalizm ... którego też powinniśmy użyć np. przy rozważaniu rozpraszania solitonów.