Astronomiya

Qara dəliklərlə qaranlıq maddə / enerji arasında əlaqə varmı?

Qara dəliklərlə qaranlıq maddə / enerji arasında əlaqə varmı?

Qara dəliklərlə qaranlıq maddə / enerji arasında məkan və ya cazibə əlaqəsi varmı?


Xeyr, həqiqətən deyil.

Stan Liou şərhində işarə etdiyi kimi, qara dəliklər (BH) kimi nəhəng obyektlər əvvəllər qaranlıq maddəyə (DM) namizəd idilər. Ancaq DM-nin varlığının həll etməsi lazım olan müxtəlif problemləri izah etmək üçün o qədər çox olmalı olduğunu, onların fon mənbələrindəki cazibə təsirinin ("mikrolensinq") müşahidə olunandan daha böyük olacağını göstərmək olar. . Bu gün əksər insanlar DM-nin cazibə cazibəsi xaricində digər hissəciklərlə qarşılıqlı təsir bağışlamaması üçün olduqca kiçik bir qarşılıqlı kəsiyi olan bir hissəcik olduğunu düşünürlər.

Birinin olub olmadığını da soruşursan məkan əlaqələr və deyə biləcəyiniz bir şəkildə var. Qalaktikaların hamısı olmasa da çoxu böyük bir BH idman növüdür və bunlar qalaktikaların DM tərəfindən yaratdığı cazibə potensialı quyularının mərkəzində yatmağa meyllidir. "Normal" BH-lər, ancaq ulduzlar kimi dolaşır.

BH-lər maddənin onların üzərinə yığılması ilə böyüməyə meyllidirlər və əlbətdə DM yeyə bilərlər, buna görə BH-lər də DM-dən ibarətdir. Lakin DM qarşılıqlı təsir göstərmədiyi üçün, bir DM hissəcikinin birbaşa BH-yə doğru uçması lazımdır ki, sadəcə əyilib qaçmasın. Normal maddə isə sürtünmə və spirallər tərəfindən BH-yə doğru yavaşlayır. Beləliklə, BH-lər əsasən normal maddələrdən ibarətdir. Əslində heç bir əhəmiyyəti yoxdur, çünki bir şey BH-yə düşdükdən sonra kütləsi, yükü və bucaq impulsu xaricində hər şey unudulacaqdır.

Qaranlıq enerji tamamilə fərqli bir şeydir, məkanın özünə məxsus mənfi bir təzyiq olaraq daha yaxşı təsvir edilir. Mən düşünürəm. Yoxsa düşünürük. Heç kim həqiqətən bilmir. Ancaq mövcudluq BH və ya DM ilə əlaqəli deyil. On il əvvəl yıxılan bir ulduzun BH-dən çox qaranlıq enerjiyə çevrilməsi və qaranlıq enerjili bir ulduza səbəb olması barədə bir fərziyyə var idi, amma düşünürəm ki, artıq kimsə buna inanmır.


Xeyr, qara dəliklər, qaranlıq maddə və qaranlıq enerji arasında müəyyən bir əlaqə yoxdur.


Tünd Maddə ilə Qara Deliklər arasında təəccüblü bir əlaqə tapıldı

Qaranlıq maddə və qara dəliklər Kainatın ən sirli şeylərindəndir, buna görə ikisi arasındakı əlaqə həyəcan vericidir. Yeni bir araşdırmada, astronomlar bir qalaktikadakı qaranlıq maddənin miqdarı ilə supermassive qara dəliyinin ölçüsü arasında qəribə bir əlaqə olduğunu bildirdi. Bu inanılmaz yeni bir qara dəlik faktı!

Supermassive qara dəliyin sənətkar ifadəsi. Red Orbit vasitəsilə şəkil

Əksər qalaktikaların mərkəzlərində qara dəlik var və Günəşimizdən milyonlarla, hətta milyardlarla dəfə ağırdır. Supermassive qara dəliklərin mənşəyi açıq bir sual olaraq qalır və bir neçə rəqabət hipotezi irəli sürülür. Qalaktika nə qədər böyükdürsə, qara dəlik o qədər böyük və ağırdır & # 8230; amma niyə belə olur? Niyə ikisi bağlıdır? Elliptik qalaktikalar adlanan futbol formalı ulduz kolleksiyalarında yeni bir araşdırma, burada açarın qaranlıq maddə və Kainatdakı kütlənin böyük hissəsini təşkil edən sirli & # 8220 şey & # 8221 ola biləcəyini göstərir. Beləliklə, inanılmaz yeni

Harvard-Smithsonianın aparıcı müəllifi Akos Bogdan deyir ki, qalaktikanın tutduğu qaranlıq maddə ilə mərkəzi qara dəliyin ölçüsü arasında sirli bir əlaqə var. Astrofizika Mərkəzi (CfA).

Qaranlıq maddə həqiqətən qəribədir və bunun nə olduğunu bilmirik və görə bilmərik. Qaranlıq maddənin varlığı və xüsusiyyətləri, görünən maddə, radiasiya və Kainatın genişmiqyaslı quruluşu üzərindəki cazibə qüvvəsindən təsirlənir. Başqa sözlə, onu görə bilmərik, amma təsirlərini görə bilərik və bunun nə olduğunu heç bilmirik. Xüsusilə qaranlıq maddənin normal maddəni 6 dəfə üstələdiyini düşünəndə astrofizikanın ən böyük sirlərindən biridir.

Qaranlıq maddə ilə qara dəlik arasındakı təəccüblü əlaqəni araşdırmaq üçün Bogdan və qrupu 3000-dən çox eliptik qalaktikanı araşdırdı. Gökadaları & # 8217 mərkəzi qara delikləri çəkmək üçün ulduz hərəkətlərini izləyici olaraq istifadə etdilər və qaranlıq maddə halosunu çəkmək üçün X-Ray ölçüləri etdilər. Bir qalaktika nə qədər qaranlıq maddəyə sahibdirsə, o qədər isti qazı tuta bilər və daha böyük halo var. Bir qalaktikanın nə qədər qaranlıq maddəyə sahib olduqlarını, qara deşikin o qədər böyük olacağını və bir qara dəlik ilə qalaktika ulduzları arasındakı məntiqi əlaqədən daha çox olacağını tapdılar.

Bunun niyə baş verdiyi tam olaraq aydın deyil, amma ehtimal olunan izah qalaktikanın böyüməsi ilə bağlıdır. Qalaktikaların bir neçə növü vardır, ən çox yayılmışları eliptik qalaktikalar (hamar, xassəsiz işıq paylamaları və şəkillərdə elips kimi görünür), spiral qalaktikalar (düzəldilmiş bir diskdən ibarətdir, ulduzlar spiral bir quruluş meydana gətirir) və lentik qalaktikalar (ibarətdir genişləndirilmiş, disk kimi bir quruluşla əhatə olunmuş parlaq bir mərkəzi qabarıqlıq, lakin spiral qalaktikalardan fərqli olaraq lentik qalaktikaların disklərində görünən spiral quruluş yoxdur).

Eliptik qalaktikalar, ulduzları, planetləri və qara dəliklərinin qarışdığı iki kiçik qalaktikanın birləşməsi ilə meydana gəlir. Qaranlıq maddə hər şeydən daha ağır olduğundan, yeni qalaktikanın meydana gəlməsini və inkişafını, hətta kənarlarından mərkəzi qara dəliyə qədər formalaşdırır.

& # 8220 Əslində birləşmə hərəkəti, qalaktikanın, ulduzların və qara dəliyin özlərini qurmaq üçün izləyəcəkləri bir cazibə planı yaradır & # 8221, Boqdanı izah edir.

Çay fincanı qalaktikası. Qırmızı / sarı radio emissiyası və # 8220bubbles & # 8221, mavi qazı, mərkəzdəki parlaq sarı isə reaktivlərin qaza sürdüyü yeri göstərir. CNET vasitəsilə şəkil.

Çay Fincanı Glaaxy-da aparılan bu iş, qalaktikalarda qara dəlik meydana gəlməsi və inkişafı haqqında da məlumat verə bilər və çox az məlumata sahib olduğumuz bir şey.

"Çay Fincanı Qalaktikasındakı bu xüsusi iş, adi qalaktikalardakı qara dəliklərin [enerjini artırması] haqqında yeni bir fikir verdi" dedi Harrison. “Göründüyü kimi qaza toqquşan yüklü hissəciklərin təyyarələrini idarə edə bilirlər. ‘Jet’i insanların bir izdihamın içərisinə vurulan su topu kimi təsəvvür edə bilərsiniz; su topu kütlə ilə toqquşur və sürətlə dağılmağa və dağılmağa səbəb olur. Bu bənzətmədə izdiham qalaktikadakı ulduzlar yaratmağa çalışan, ancaq jet tərəfindən məhv edilən qazı təmsil edir. ”

Qalaktikamızın da mərkəzində çox böyük bir qara dəliyə sahib olması astronomlara tədqiqat materialı verir. Əslində Samanyolu ilə Çay Fincanı Galaxy arasında (içki adları bir yana) əhəmiyyətli oxşarlıqlar ola bilər.

"Samanyolu'nun mərkəzində çox böyük bir qara dəlik var" deyə Harrison əlavə etdi. “Bu qara dəliyin keçmişdə“ Fermi Bubbles ”deyilən və başqa dəlillər vasitəsilə qalaktikaya çox miqdarda enerji sürdüyünə dair yaxşı dəlillər var. Çox güman ki, milyardlarla il əvvəl Samanyolu daha sürətlə ulduzlar meydana gətirirdi və qara dəliyin bunun bağlanmasında rolu ola bilər. Ancaq bu yaxşı başa düşülməyib. Diqqətə çatdırmaq lazımdır ki, supermassive qara dəliklərin ən çox təsir etdiyinə inandığımız qalaktikalar, heç-heçə qədər ulduzlar əmələ gətirən ‘ölüdürlər. Bunun əksinə olaraq Samanyolu hələ də ulduzlar yaradır (ildə təxminən bir). ”

Bu işi izah edən sənəd Astrofizika jurnalında nəşr üçün qəbul edilmişdir.


Qara delikdən aşağı

MIT və SUNY Stony Brook fizikləri bu yaxınlarda iki quruluşun birləşməsindən sonra iki qara dəliyin ümumi səthinin qorunub saxlanıldığını aşkarladılar. Bu tədqiqat həm Stephen Hawking'in həm də ümumi nisbi nəzəriyyənin xoş bir təsdiqi olsa da, həlledici bir məsələni həll edə bilmədi: onun irqi nəticələri nə idi?

Cornell Universitetindəki bir astronomiya kursunun qarşısını almağı hədəflədiyi bir lakuna. “Qara dəliklər: Yarış və Kosmos” “Kosmosla irqi qaranlıq fikri arasında bir əlaqə varmı?” Sualını verir. Akademiyanın irqi monomaniya ilə tanış olan hər kəs bunun cavabını bilir: əlbəttə var! “Qara dəliklər: Yarış və Kosmos” un kataloqu təsvirinə görə “şərti müdriklik” “qara dəliklərdəki“ qara ”nın irqlə heç bir əlaqəsi olmadığını” düşünsə də, astronomiya professoru Nicholas Battaglia və müqayisəli ədəbiyyat professoru Parisa Vaziri daha yaxşı bilmək.

Battaglia və Vaziri, Emory Universiteti İngilis professoru Michelle Wright kimi nəzəriyyəçilərdən istifadə edərək “ənənəvi müdrikliyi” deşirlər. Wright'ın kitabı, Qaralığın Fizikası: Orta Keçidin Epistemologiyası, “Newton’un hərəkət və cazibə qanunlarını” və “nəzəri hissəciklər fizikasını” “qaranlıq haqqında irqçi fərziyyələri alt-üst etmək” üçün çağırır. Cornell kursu ayrıca, Sun Ra və Outkastın "qaranlığı kosmoloji mövzularla əlaqələndirmək" üçün musiqisini də öyrənir.

1996-cı ildə New York Universiteti fiziki Alan Sokal, yüksək nəzəriyyənin ən müqəddəs ziyarətgahlarından birində “Sərhədləri aşmaq: Kvant Cazibəsinin Transformativ Hermeneutikasına Doğru” adlı bir məqalə nəşr etdi: Sosial Mətn. Sokalın məqaləsi müqayisəli ədəbiyyat və Amerikalı tədqiqatçılar arasında postmodern bir sona doğru elmi konsepsiyalar yerləşdirmək səylərinə toxundu: elmin Sokalın sözləri ilə desək "dissident və ya marginal icmaları" susdurmaq üçün hazırlanmış bir güc oyunu olduğunu göstərmək. “Sərhədləri aşmaq: Kvant Cazibəsinin Transformativ Hermeneutikasına Doğru”, “post-kvant elmində müxalifət söyləmələri” və “maye mexanikasında cinsiyyət kodlaşdırması” kimi mövzularda Andrew Ross və Luce Irigaray kimi postmodern nəhənglərdən bəhs etdi. Kağızın özü “postmodern və azadlıq elminə” əsas ola biləcək yeni bir kvant cazibə nəzəriyyəsini təklif etdi.

Sokalın kağızı aldatma idi. Sitat gətirdiyi yüksək nəzəriyyə mənbələri kimi, elmi savadsızlığını nəhəng nəzəriyyə buludları ilə ört-basdır edərkən əsas elmləri qarışdırdı. Yenə də, şübhəsiz ki, bir şübhə sintiliyası yaratmadan nəşrə qəbul edildi Sosial MətnRedaktorları.

Xarici dünyaya görə, Sokal akademik cəfəngiyyata ölümcül bir zərbə vurdu. Yenə də postmodern nəzəriyyə cahil, lakin özünə haqq qazanan kreslo inqilabçılarının nəsillərini yetişdirən bütün son humanitar elmlər bölməsində və bir çox sosial elmlər bölməsində qarşı-qarşıya qalmadan yayılmağa davam etdi.

2017-ci ildə Portland Dövlət Universiteti filosofu Peter Boqosyan da daxil olmaqla üç akademik yenidən humanitar elmlər sektorunu ciddi təqaüddə utandırmağa çalışdı. Müxtəlif mədəniyyət tədqiqatları, gender tədqiqatları və sosial elm jurnallarına nəzəriyyə ilə boğulan 20 saxta məqalə təqdim etdilər. Dördü yayımlandı və üçü aldadıcı ifşa olunmadan əvvəl nəşrə qəbul edildi. "Sosial bir Quruluş kimi Konseptual Penis" nəşr olundu Cogent Sosial Elmlər, penisin “anatomik bir orqan kimi deyil, performanslı zəhərli kişiliyə izomorf bir sosial quruluş olaraq” başa düşülməsini müdafiə etdi. Məqalədə, iqlim dəyişikliyinin konseptual penisin ən zərərli təsirlərindən biri olduğu iddia edildi. Digər bir nəşr olunan əsər, it parklarının təcavüz mədəniyyətini təhlil etdi.

Bu dəfə akademik dünya mübarizə etdi. Portland Dövlət Universiteti Boqosianı insan mövzularında araşdırma aparmaq üçün etik qaydaları pozmaqda günahkar elan etdi. Universitetə ​​görə Boqosyan, hədəf jurnalların redaktorlarına qəsdən mənasız bir sənəd təqdim edəcəyini bildirməli idi. Uyğunsuzluğa görə atəş təhlükəsi ilə Boqossiyana bu cür tədqiqatların aparılması barədə təlim keçməsi əmri verilib.

Humanitar elmlər və sosial elmlərin çoxu uzun müddət parodiya və utanc xaricində idi. "Qara dəliklər: Yarış və Kosmos" un fərqli cəhəti onun həqiqi bir elm şöbəsində birgə siyahıdır. Kurs, elektromaqnit spektri kimi anlayışlara toxunaraq Cornell-in elm paylanması tələbini yerinə yetirir. Astronomiyanın irq nəzəriyyəsini erkən mənimsəməsi və Cornellin rəhbərlik etməsi təəccüblü deyil. Bir çox astronomiya şöbəsi, kampus kimlik siyasətinin ön sıralarında olub, məsələn, magistr təhsili üçün fizika GRE-ni ortadan qaldırdı, məsələn, qadın, qaradərili və İspan tələbələrə fərqli təsir göstərdiyinə görə. Cornell'in astronomiya şöbəsi, gələcək aspirantların ümumi GRE və ya fizika GRE təqdim etmələrinə belə icazə verməyəcəkdir. Cornell’in mühəndislik şöbəsi, əksəriyyəti qadınlardan ibarət olan mühəndislik sinfi almaq üçün kişi tələbələrin nisbətinin iki yarısından çoxu olan qadın lisenziyanı qəbul edir. Bu çətin bir qəza. Mühəndislik tələbəsi olan qadınlardan iki dəfə çox kişi qəbul üçün müraciət edir ki, orta hesabla kişi riyaziyyatı SAT göstəricisi orta qadın balından xeyli yüksəkdir və əyrinin yuxarı hissəsində kişilər üstünlük təşkil edir.

Bugünkü akademik şarlatanizm qismən ritorikanı bilik və sözləri şeylər kimi səhv salmaqdan ibarətdir. Bu əl bacarığı, irqlə əlaqəli məsələlərdə xüsusilə geniş yayılmışdır. Hunter College professoru Philip Ewell, musiqi nəzəriyyəsindəki tonal və harmonik hiyerarşiler anlayışının zərərli irqi hiyerarşiler üçün bir dəstək olduğunu müdafiə edir. (Klassik musiqidəki irqlə bağlı yayımlanan məqaləyə baxın Şəhər jurnalı.) USC-dəki qara biznes məktəbi tələbələri, 2020-ci ildə bir professorun "bu" - "nèi ge" - qurulmuş irqi təcavüz üçün Mandarin ifadəsini istifadə etməsinə etiraz etdilər, çünki Mandarin ifadəsi "N-word" qorxusu kimi səslənə bilər. Professor, iş fakültəsi dekanının təbirincə desək, USC tələbələrinin “psixi təhlükəsizliyini kənarlaşdırmaq, incitmək və zərər vermək” üçün məzuniyyətə göndərildi.

Irqçilik intiqamçıları hər yerdə gördükdə, "ağlığı" səbəbiylə Qərb sivilizasiyası ilə əlaqəli hər qurumu yıxırlar. Elm bu cür məcazi, sehrli düşüncələrə qarşı bir keşikçi kimi dayanmışdı. Bir az-bir, məğlub olur.

Heather Mac Donald, Manhattan İnstitutunun Thomas W. Smith təqaüdçüsüdür Şəhər jurnalıvə ən çox satılan kitabın müəllifidir Müxtəliflik xəyalları: Irq və Cinsi Pandering Universiteti necə korlayır və mədəniyyətimizi sarsıdır.


Ulduz Kütləli Qara Deliklərlə Tünd Maddə arasındakı əlaqə nədir?

Bir neytron ulduzu olduğunuzu düşünün. Kosmosda xoşbəxtliklə üzürsünüz, nüvələrinizi artıq birləşdirmək üçün çox yaşlısınız, amma neytronlarınızın və kvarklarınızın kvant təzyiqi asanlıqla öz ağırlığınız altında çökməyinizə mane olur. Tədricən soyuyan uzun bir ulduz təqaüdünü gözləyirsiniz. Sonra bir gün səni kiçik bir qara dəlik vurur. Bu qara dəlik yalnız bir asteroid kütləsinə malikdir, ancaq qeyri-sabit olmağınıza səbəb olur. Qara dəlik sizi içəridən xaric etdiyinə görə cazibə qüvvəsi sizi əzir. Bilmədən əvvəl bir qara dəliyə çevriləcəksən.

Nəşr olunan yeni araşdırmaya görə Fiziki Baxış Məktubları, bu ssenari zaman zaman baş verə bilər və qaranlıq maddəni və müşahidə etdiyimiz ən kiçik qara dəliyi izah edə bilər.

Neytron ulduzları ümumiyyətlə 1,5 ilə 2 günəş kütləsi arasındadır. Neytronların kvant təzyiqi ulduzun cazibə ağırlığına qarşı duracaq qədər güclü olduğundan meydana çıxırlar. Ancaq bir neytron ulduzunun nə qədər kütləyə sahib olmasının bir həddi var. Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV) həddi olaraq bilinir. Bu həddi hesablamaq çətindir, ancaq 2.5 günəş kütləsi olduğunu düşünürük. TOV limitindən yuxarı olan hər hansı bir şey qara dəliyə çevrilməlidir.

Toqquşan neytron ulduzları günəş kütləsi qara dəliklər yarada bilər. Kredit: Robin Dienel / Carnegie Institute for Science

Müşahidə etdiyimiz ən böyük neytron ulduzu təxminən 2.24 günəş kütləsidir. Müşahidə etdiyimiz ən kiçik qara dəlik təxminən 2,6 günəş kütləsidir. Bir tərəfdən, bu, 2.5 günəş kütləsinin TOV limitini olduqca yaxşı qiymətləndirdiyini təsdiqləyir. Digər tərəfdən, bu qədər kiçik bir qara dəliyin necə yarana biləcəyi ilə bağlı maraqlı bir sual doğurur.

Bir çox ulduz kütləsindəki qara dəliklər böyük bir ulduzun supernova kimi partladığı zaman meydana gəlir. Nüvəsi sıxılmışdır və cazibə qüvvəsi ilə dağılır. Böyük ulduzlar haqqında anlayışımıza əsasən, ən kiçik ulduz kütləsindəki qara dəliklər 4 günəş kütləsi olmalıdır. Qara dəliklər iki neytron ulduzunun toqquşması və ya ağ cırtdan ilə neytron ulduzunun toqquşması ilə meydana gələ bilər, ancaq bunlar ən az 3 günəş kütləsi olan qara dəliklər meydana gətirməlidir.

Günəş kütləsi qara dəliklərin necə yarana biləcəyi. Kredit: Taxistov və digərləri

Bəs yalnız 2,6 günəş kütləsindən ibarət qara dəlik necə yaranır? Birləşmə kiçik qara dəliklər yarada bilsə də, bu yeni iş alternativə baxır. Fikir ilkin qara dəlikləri əhatə edir. Bu hipotetik qara dəliklər ilk kainatda meydana gəlmiş və Yerdən daha kiçik bir kütləyə sahib ola bilər. İlkin qara dəliklər varsa, neytron ulduzu ilə toqquşaraq günəş kütləsindəki qara dəliyə düşə bilər.

Fikir əvvəllər təklif olunsa da, qrup bu işdə bunun qaranlıq maddəyə necə bağlanacağını araşdırır. Bəzi astronomlar qaranlıq maddənin ilkin qara dəliklərdən hazırlana biləcəyini irəli sürdülər. Əgər bu həqiqətdirsə, kosmos ilkin qara dəliklərlə doldurulmalı və neytron ulduzları ilə toqquşmalar ümumi olmalıdır. Beləliklə, qrup bilinən neytron ulduzlarının kütləvi paylanmasına baxdı və günəş kütləsinin qara dəliklərinin ən böyük ölçüsünü hesabladı. 1 ilə 2,5 arasında günəş kütləsi olduğu ortaya çıxdı. Beləliklə, müşahidə etdiyimiz ən kiçik qara dəlik ilkin bir qara dəlik toqquşması nəticəsində əmələ gələ bilər.

Bu maraqlı bir fikirdir, amma mövcud sübutlar çətin deyil. Hələ, LIGO və Qız bürcləri daha çox qara dəlik toqquşmalarını müşahidə etdikdə, daha çox kiçik qara dəlikləri müşahidə edə bilərlər. Edərlərsə, bu qaranlıq maddə fikrinə daha yaxından baxmalı ola bilərik.

İstinad: Taxistov, Vladimir, George M. Fuller və Alexander Kusenko. & # 8220Günəş kütləsi qara deliklərin mənşəyi üçün test. & # 8221 Fiziki Baxış Məktubları 126.7 (2021): 071101.


Gizli Qaranlıq Qüvvələr: Qaranlıq Maddəni Anlamaq üçün Görevde Yeni Bir Ölçü

Adından da göründüyü kimi, qaranlıq maddə - kainatdakı kütlənin təxminən 85% -ni təşkil edən material - asan aşkarlanmaqdan yayınaraq heç bir işıq yaymır. Xüsusiyyətləri də kifayət qədər qaranlıq qalır.

İndi, Kaliforniya Universitetində nəzəri bir hissəcik fizikçisi və Riverside və həmkarları Yüksək Enerji Fizikası Jurnalı mövcudluğu ortaya qoyan yeni bir güc növünün nəzəriyyələrin qaranlıq maddənin xüsusiyyətlərini izah etməyə necə kömək edə biləcəyini göstərir.

& # 8220Biz qaranlıq maddənin bir okeanında yaşayırıq, bunun nə ola biləcəyini çox az bilirik, & # 8221, fizika və astronomiya və qəzetin baş müəllifi və köməkçisi Flip Tanedo dedi. & # 8220Bu, təbiətdəki bilinməyən bilinməyənlərdən biridir. Bunun mövcud olduğunu bilirik, amma necə axtaracağımızı və nə üçün gözlədiyimiz yerdə göstərmədiyini bilmirik. & # 8221

Fiziklər son 30 ildə qaranlıq maddə haqqında daha çox məlumat əldə etmək üçün teleskoplardan, nəhəng yeraltı təcrübələrdən və toqquşmalardan istifadə etdilər, lakin heç bir müsbət dəlil əldə olunmadı. Ancaq mənfi dəlillər Tanedo kimi nəzəri fizikçiləri qaranlıq maddənin nə ola biləcəyi barədə daha yaradıcı düşünməyə məcbur etdi.

Flip Tanedo, UC Riverside-də fizika və astronomiya üzrə dosentdir. Kredit: Thomas Wasper

Qaranlıq maddəni axtarmaq üçün məkan zamanında əlavə bir ölçünün mövcudluğunu təklif edən yeni araşdırma, Tanedonun rəhbərlik etdiyi UC Riverside-də davam edən bir tədqiqat proqramının bir hissəsidir. Bu nəzəriyyəyə görə bəzi qaranlıq maddə hissəcikləri hissəciklər kimi davranmır. Əslində görünməyən hissəciklər daha da görünməyən hissəciklərlə elə bir şəkildə qarşılıqlı əlaqə qurur ki, sonuncular hissəciklər kimi davranmağa son qoyurlar.

& # 8220 Son iki ildəki tədqiqat proqramımın məqsədi qaranlıq maddə fikrini qaranlıq qüvvələrə yaymaqdır & # 8221, Tanedo dedi. & # 8220Son on ildə fiziklər qaranlıq maddəyə əlavə gizli qaranlıq qüvvələrin qaranlıq maddənin qarşılıqlı təsirlərini də idarə edə biləcəyini başa düşdülər. Bunlar qaranlıq maddə axtarmağın qaydalarını tamamilə yenidən yaza bilər. & # 8221

Qaranlıq maddənin iki hissəciyi bir-birini cəlb edirsə və ya itələyirsə, qaranlıq qüvvələr işləyir. Tanedo, qaranlıq qüvvələrin riyazi olaraq əlavə ölçülərə sahib bir nəzəriyyə ilə izah edildiyini və kiçik qalaktikalarda görülən bulmacalara müraciət edə bilən hissəciklərin davamı kimi göründüyünü izah etdi.

& # 8220Bizim UCR-də davam edən araşdırma proqramımız, qaranlıq güc təklifinin daha da ümumiləşdirilməsidir & # 8221 dedi. & # 8220Bizim müşahidə olunan kainatımızın üç ölçülü məkanı var. Yalnız qaranlıq qüvvələrin bildiyi dördüncü bir ölçü ola biləcəyini təklif edirik. Əlavə ölçü, qaranlıq maddənin laboratoriyada araşdırma cəhdlərimizdən niyə bu qədər gizləndiyini izah edə bilər. & # 8221

Fotoşəkildə Flip Tanedo (solda), Sylvain Fichet (mərkəzdə) və Hai-Bo Yu göstərilir. Kredit: Flip Tanedo, UC Riverside

Tanedo izah etdi ki, əlavə ölçülər ekzotik bir fikir kimi görünsə də, əslində & # 8220formal sahə nəzəriyyələrini və yüksək kvant mexaniki olan adi üç ölçülü nəzəriyyələri təsvir etmək üçün riyazi bir hiylədir. Bu tip nəzəriyyələr riyazi baxımdan zəngindir, lakin şərti hissəciklər içermir və buna görə təbiəti təsvir etmək üçün uyğun hesab edilmir. Bu çətin üç ölçülü nəzəriyyələr və daha çox yayına bilən əlavə ölçülü nəzəriyyə arasındakı riyazi bərabərlik holoqrafik prinsip olaraq bilinir.

& # 8220Bu konformal sahə nəzəriyyələri həm çətin, həm də qeyri-adi olduğundan, həqiqətən qaranlıq maddəyə sistematik şəkildə tətbiq edilməmişdi & # 8221 Tanedo əlavə etdi. & # 8220Bu dili istifadə etmək əvəzinə, holoqrafik əlavə ölçülü nəzəriyyə ilə işləyirik. & # 8221

Ekstra ölçülü nəzəriyyənin əsas xüsusiyyəti qaranlıq maddə hissəcikləri arasındakı qüvvənin davamlılıq deyilən müxtəlif kütlələrə sahib sonsuz sayda fərqli hissəciklər tərəfindən təsvir edilməsidir. Bunun əksinə olaraq, adi qüvvələr sabit bir kütlə ilə bir hissəcik növü ilə təsvir olunur. Bu davamlı qaranlıq sektorlar sinifi Tanedo üçün həyəcan verici, çünki & # 8220 təzə və fərqli bir şey edir. & # 8221

Tanedoya görə, qaranlıq sektorlardakı keçmiş iş, ilk növbədə görünən hissəciklərin davranışını təqlid edən nəzəriyyələrə yönəlmişdir. Onun tədqiqat proqramı, əksər hissəcik fiziklərinin daha az maraqlı gördükləri daha həddindən artıq nəzəriyyə növlərini araşdırır, bəlkə də real dünyada analoqu olmadığı üçün.

Tanedo & # 8217s nəzəriyyəsində qaranlıq maddə hissəcikləri arasındakı qüvvə adi maddənin hiss etdiyi qüvvələrdən təəccüblü şəkildə fərqlənir.

& # 8220Bir giriş fizikası dərsimdə öyrətdiyim cazibə qüvvəsi və ya elektrik qüvvəsi üçün iki hissəcik arasındakı məsafəni ikiqat artırdığınız zaman qüvvəni dörd qat azaldırsınız. Digər tərəfdən davamlı bir qüvvə, səkkizədək qədər azalır. & # 8221

Bu əlavə ölçülü qaranlıq qüvvənin hansı nəticələri var? Adi maddə bu qaranlıq qüvvə ilə qarşılıqlı əlaqədə olmaya bildiyindən Tanedo, UCR-də fizika və astronomiya üzrə dosent olan Hai-Bo Yu-nun öncüsü olduğu bir fikir olan öz-özünə təsir edən qaranlıq maddə fikrinə müraciət etdi. Yu normal maddə ilə hər hansı bir qarşılıqlı əlaqə olmadığı təqdirdə də, bu qaranlıq qüvvələrin təsirlərini cırtdan sferoid qalaktikalarda dolayı yolla müşahidə edilə biləcəyini göstərdi. Tanedo & # 8217s komandası, davamlı gücün müşahidə olunan ulduz hərəkətlərini çoxalda biləcəyini tapdı.

& # 8220Modelimiz daha da irəli gedir və qaranlıq maddənin kosmik mənşəyini izah etmək üçün öz-özünə təsir edən qaranlıq maddə modelindən daha asanlaşdırır & # 8221 Tanedo dedi.

Sonra Tanedo & # 8217s komandası & # 8220dark foton & # 8221 modelinin davamlı bir versiyasını araşdıracaq.

Tanedo, qaranlıq bir qüvvə üçün daha real bir mənzərədir & # 8221 dedi. & # 8220Qara fotonlar çox ətraflı şəkildə araşdırılıb, lakin əlavə ölçülü çərçivəmizin bir neçə sürprizi var. Qaranlıq qüvvələrin kosmologiyasını və qara dəliklərin fizikasını da nəzərdən keçirəcəyik. & # 8221

Tanedo, qrupundakı qaranlıq maddə axtarışında & # 8220 kör ləkələri & # 8221 müəyyənləşdirmək üçün səylə çalışır.

& # 8220Mənim araşdırma proqramım, hissəcik fizikası ilə bağlı irəli sürdüyümüz fərziyyələrdən birini hədəf alır: hissəciklərin qarşılıqlı təsirinin daha çox hissəcik mübadiləsi ilə yaxşı təsvir olunduğunu & # 8221 dedi. Bu, adi maddə üçün doğrudur, qaranlıq maddə üçün bunu qəbul etmək üçün heç bir səbəb yoxdur. Onların qarşılıqlı təsirləri tək bir güc hissəcikini dəyişdirmək əvəzinə dəyişdirilmiş hissəciklərin davamı ilə təsvir edilə bilər. & # 8221

İstinad: & Ian Chaffey, Sylvain Fichet və Philip Tanedo tərəfindən davamlı vasitəçilikli öz-özünə təsir edən qaranlıq maddə & # 8221, 1 iyun 2021, Yüksək Enerji Fizikası Jurnalı.
DOI: 10.1007 / JHEP06 (2021) 008

Tanedo, araşdırmaya Tanedo və Beynəlxalq Teorik Fizika Mərkəzinin doktoru və Sylvain Fichet ilə işləyən postdoktor tədqiqatçısı Ian Chaffey və Braziliyadakı Cənubi Amerika Fundamental Tədqiqatlar İnstitutu tərəfindən qatıldı.


Qaranlıq enerji: Astronomlar sirr enerjisinin çətin mənşəyini tapırlar - ‘yeni fenomen sinfi’

Link kopyalandı

Qaranlıq maddə 'iki trilyon qalaktikaya yığılır' deyir mütəxəssis

Abunə olduğunuz zaman bu bülletenləri göndərmək üçün təqdim etdiyiniz məlumatlardan istifadə edəcəyik. Bəzən təklif etdiyimiz digər əlaqəli bülletenlər və ya xidmətlər üçün tövsiyələr daxil ediləcəkdir. Məxfilik bildirişimiz, məlumatlarınızı və hüquqlarınızı necə istifadə etdiyimiz barədə daha çox məlumat verir. İstədiyiniz zaman abunəlikdən çıxa bilərsiniz.

Qaranlıq enerji, Kainat üçün daim sürətlənən genişlənmədən məsuldur. Bununla belə, bunun tam olaraq necə baş verdiyini, qaranlıq enerjinin ilk dəfə olaraq bildirildiyi ilk 20 ildən bəri kosmik mütəxəssisləri çaşqınlığa salıb. Bu sürətli böyümənin səbəbinin indi qalaktikalar arasındakı boşluqda mövcud olan nisbətən kiçik bir varlığın nəticəsi olduğu bilinir. Və Hawaii Universiteti (UH) tədqiqatçıları yeni bir araşdırma çərçivəsində təəccüblü bir nəticə çıxardılar.

Trendlər

Mütəxəssislər çökən ulduzların həqiqi qara dəliklər yaratmamalı olduğunu, əksinə 1960-cı illərin ortalarında Qaranlıq Enerjinin Ümumi Nümunələrini (GEODE) yarada biləcəyini təklif etməyə başladılar.

Müşahidələrlə təsdiqlənsə, tamamilə yeni bir fenomen sinfi olardı

Dr Duncan Farrah

Tədqiqatçılar GEODE-lərin Eynşteyn tənliklərini təkliklə 'qıra bilməyəcəkləri' üçün qara dəliklərdən fərqli olduqlarını kəşf etdilər.

GEODE-lər qara dəliklərə bənzədikləri üçün insanlar kosmosdan qara dəliklər kimi keçdiklərinə inanırdılar.

UH M & # 257noa & rsquos Fizika və Astronomiya Bölməsinin tədqiqatçısı və tədqiqatın aparıcı müəllifi Kevin Croker dedi: & ldquoBu Kainatın sürətlənən genişlənməsini izah etmək istəyirsinizsə, bu bir problem olur.

"Keçən il GEODE-lərin lazımi qaranlıq enerjini təmin edə biləcəyini sübut etsək də, bir çox köhnə və nəhəng GEODE-lərə ehtiyacınız var.

Kainat mövcud yaşının% 7'sini, ortasında% 24'ünü və kainatı bu gün (yuxarıda) təşkil edir (Şəkil: Volker Springel və Max-Planck-Astrofizika İnstitutu)

Qaranlıq enerji: Qaranlıq enerji Kainatın ən vacib və tutulmayan elementlərindən biri olaraq qalır (Şəkil: Getty)

DAHA ÇOX OXU

& ldquoQara dəliklər kimi hərəkət etsələr, görünən maddəyə yaxınlaşsalar, öz Samanyolu kimi qalaktikalar pozulmuş olardı. & rdquo

Ancaq The Astrophysical Journal-da nəşr olunan yeni araşdırmada, bir GEODE ətrafında dövr edən iplik qatlarının bir-birinə nisbətən necə hərəkət etdiklərini ortaya qoydu.

Xarici təbəqələri nisbətən yavaş-yavaş fırlandıqda, GEODE-lər qara dəliklərdən daha sürətli bir yerə yığışırlar, bu da GEODE-lərin Kainatın öz böyüməsindən kütlə qazanmasıdır.

Ancaq işığın sürətində fırlanan təbəqələri olan GEODE'lər fərqli bir təsirə hakim olur və bir-birlərini dəf etməyə başlayırlar.

Qaranlıq enerji: Çökən ulduzlar 1960-cı illərin ortalarında qaranlıq enerjinin ümumi obyektlərini (GEODE) yaradır (Şəkil: Getty)

UH Astronomiya İnstitutunun həmmüəllifi və müəllim üzvü Duncan Farrah dedi: & Spd-dən asılılıq həqiqətən gözlənilməz idi.

"Müşahidə ilə təsdiqlənsə, tamamilə yeni bir fenomen sinfi olardı."

Komanda, Kainat indiki yaşının yüzdə ikidən az olduqda doğulan yaşlı ulduzları öldükdə GEODE'lar meydana gətirdiyini düşünərək Einşteyn tənliklərini həll etdi.


Qara deliklərdə qaranlıq məsələ varmı?

Bir çox insan "qaranlıq maddə" = "qara dəliklər" olduğunu düşünür. Təsadüfi məlumat üçün belə bərabərlik məntiqlidir. Birini görə bilməzsən, digərini görə bilməzsən. Kosmos haqqında bir az daha çox bilənlər bunları çox fərqli iki fenomendir.

İki fərqli fenomen olmaq, bütün komponentlərin də fərqli olmasını zəruri etmir. Bu vəziyyətdə, qaranlıq maddəni "orada" görünən, lakin görünməz cazibə qüvvəsi ilə bizimlə qarşılıqlı əlaqəli bir növ sirli qüvvə / maddə kimi düşünürük. Bəzi komponentlər paylaşıla bilər.

Bədii şəkillər ac heyvanlar ulduzları və qazı soran kimi qara dəliklərlə doludur. Sənətçilər bu cazibə ləzzətini görünməyən qaranlıq maddə ilə deyil, müəyyən edilə bilən bariyonik maddə ilə təsvir edirlər. Təsadüfi ağılın görünməməni yoxluq və qarşılıqlı əlaqə olmaması ilə eyniləşdirməsi çox asandır. Çox böyük bir qara dəliyin hadisə üfüqünün kənarında, yaxınlıqdakı böyük kütlə səbəbindən müəyyən edilə bilən obyektlərin sürətlə fırlandığı və hələ də çöldə qaldığı bir zona var. Bu görünən hərəkət, supermassive qara dəliyin özünü tapmağımıza kömək edir.

Qaranlıq maddə qalaktikaların və qalaktika qruplarının quruluşu üçün ilkin və təməldir. Multiverse-nin bütün kainatlarında tapılmışdır. Çox sabitdir və beləliklə Kainat daxilindəki kainatımızdan əvvəl mövcuddur.

Mən ilk növbədə a taoist enerji / hissəcik fizikası. Dörddən çox ölçü və kəpəklər üçün (ayrı ölçülərin membranları kimidir) getdikcə daha az dəlil var. 2014-cü il üçün bu sahədəki iki böyük xəbər: (1) BICEP2-nin kainatımızın ən erkən dövründə birincil cazibə dalğaları qura bilməməsi və (2) Higgs bozonunun ballyhooed kəşfinin saxta və ya böyük mənzərədə minimal əhəmiyyət.

Yenidən nəzərdən keçirilmiş bir kainatın LeSage görünüşü, ümumi nisbilikdən irəli gələn on ölçülü xülya simli nəzəriyyələrdən fərqli olaraq dörd ölçüdən çox (l, w, h və zaman) tələb etmir. Maraqlıdır ki, Xüsusi Nisbilik daha çox Nyuton, eyni zamanda dörd ölçülü idi. Newtonun dünyagörüşü ilə bağlı yeganə problem: Cazibə qüvvəsinin özünün nə olduğunu bilmirdi, sadəcə açıq kosmosda necə davranır.

Cazibə qüvvəsini bir qədər izah etmək hissəcik fiziklərinə aiddir. Bu ilin əvvəlindəki formuladan əvvəl ən yaxşı fikirlər 18. əsrdə Georges LeSage-dən gəldi. Cənab LeSage-in itələmə (və ya kölgə) nəzəriyyəsi 19-cu əsrdə formalaşdırıldığı kimi dağılmış və eter modellərinin qapısını açmışdır. 21-ci əsr versiyam cazibə qüvvəsi üçün hiperlüminal bilyard topuna bənzər cisimlərdən istifadə səhvini düzəldir. Yer cazibəsini izah etmək üçün subluminal qraviton axınlarını düşündüm.

Qravitonlar eyni zamanda simli nəzəriyyənin ev heyvanıdır. Qara dəliklər tərəfindən yaradılan və enerjilənən qurd deliklərində olduğu kimi, ölçülü kəpəklər arasında hərəkət edə bilən kütləvi olmayan (DƏYİLƏN) güc daşıyıcıları olmaları ehtimal olunur. Bu fikirdə itələyən axınlar kimi deyil, uzay vaxtı əyriləri içərisində traktor şüaları kimi işləyirlər.

This fantasy sets the stage for scientifically fraudulent movies such as Ulduzlararası. It is shameful that some famous astrophysicists have gone "goo-goo-ga-ga" over the massively phony "science" in this movie. (The film makers couldn't even get right the size and color of corn plants in a long, global dust bowl.)

What then are actual gravitons, and how do they fit in with the reality of black holes? Gravitons are roughly circular, vibrating strings that constitute most of dark matter. Their individual size is about minus 37th power meters, too small to directly detect. There is another size dimension below gravitons, called the YY dimension. That's short for "YinYang." We know this concept from ancient Chinese philosophy. Yin is poetically expressed as the dark, female aspect of reality and Yang is the light, expansive aspect. Through their interdependent dual natures, Yin and Yang together constitute the real nature of reality. Of course, we can't see and measure energy/particles at this dimension, as quantum theory points out, but you can envision them through a scientific Occam's Razor. Jonathan Swift said, "Vision is the art of seeing things invisible." Swift was talking about honest scientific vision, not hallucinatory vision, as in the movie Ulduzlararası.

YY particles in the YY-size dimension are sequentially attached to, and detach from, vibrating gravitons. Individually, they are usually spherical. Their nature is to link together in linear chains. Launched strands of different length, and of different vibrational frequency, constitute different electromagnetic (EM) particles. Yes, photons (YY particle strands) do have some mass, which is why they are deflected by push gravity.

Attached YY particles are strongly bound to each other by "primary electromagnetism," which is not defined by plus and minus poles. YY particles tend to repel each other until they directly adhere. What we know on larger scales is "secondary magnetism," with electromagnetic poles. Interestingly, both types of particles have inherent poles, though only secondary magnetic particles apparently express this duality. The idea of primary EM provides us with a clue to understanding the strong force. The dialectical conversion on larger scales of primary EM into secondary EM provides a clue to understanding the weak force.

YY particles also float free in space everywhere in numbers beyond our comprehension. They are within baryonic matter, and they are within dark matter. You could say that our "empty space" universe is virtually filled with random YY particles moving in all directions at luminal or subluminal speeds within frames of reference. Such YY particles and their associated gravitons do not constitute anything like branes and extra dimensions.

Dark Matter = YY particles and gravitons, mostly. There is room for other items to inhabit dark matter, to a lesser degree. The scientists at CERN may soon find some of these lesser elements of dark matter. WIMPS are larger candidates currently in favor. CERN will never directly detect individual YY particles, due to their being approximately 1000 times smaller than gravitons. They may indirectly detect gravitons, as these are close below the Planck Limit of detectability.

Back to the topic at hand: Black hole cores can be composed of formerly baryonic matter AND so-called dark matter. The center of a persistent black hole is NOT a zero-dimensional singularity. It simply is a very compact mass of incredible density, where the inflow of gravity inside the event horizon is stronger than the outflow of photons. Only at the center of a big-bang black hole does the center mass implode to near zero dimensions, and instantaneously the yin of implosion flips to the yang of explosion.

The more massive the core, the more distant is its event horizon. Black hole event horizons are not perfectly spherical, because the internal forces are not perfectly smooth. Irregularity gives some opportunity for Hawking radiation just inside the event horizon to drain off the contents of the black hole. For very tiny black holes self extinction can be swift and for supermassive black holes this radiation depletion could take many billions of years.

It is easy to imagine a singular and limited universe where radiation depletion over a trillion years could invite the victory of entropy over negentropy, according to the Second Law of Thermodynamics. However, Yin and Yang operate between and among many, possibly infinite, universes composing the Multiverse. The Law of Conservation of Energy and Matter ensures the balance of entropy (disorder) ilə negentropy (order) on the Universal level, even while entropy could win out for awhile within the local volume of individual universes.

Thus we see how the smallest energy/matter elements, the YY particles (at negative 40th power meters) also constitute in sum the great inter-universal reality (at positive 27th power, or greater, meters). The infinitesimal populates the seemingly infinite. The Multiverse is the Universe. Within this comprehensive picture black holes are an interesting local gravity phenomenon, but not very special. They are not the engines of intergalactic worm holes, and they do not mediate transport between branes in different dimensions comprising different universes. Anyone into theatrical science fiction who is disappointed by this reality should mentally pivot, and appreciate the greater glory of the real Multiverse Universe, including its infinitesimal components. We can still travel to other imagined universes instantly, with our minds. What our minds can envision, we may be able to create here. This way we can have our space alien visitations, and still retain a level of intellectual honesty.


Primordial black holes and the search for dark matter from the multiverse

Fig1. Baby universes branching off of our universe shortly after the Big Bang appear to us as black holes. (Credit:Kavli IPMU)

The Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) is home to many interdisciplinary projects which benefit from the synergy of a wide range of expertise available at the institute. One such project is the study of black holes that could have formed in the early universe, before stars and galaxies were born.

Such primordial black holes (PBHs) could account for all or part of dark matter, be responsible for some of the observed gravitational waves signals, and seed supermassive black holes found in the center of our Galaxy and other galaxies. They could also play a role in the synthesis of heavy elements when they collide with neutron stars and destroy them, releasing neutron-rich material. In particular, there is an exciting possibility that the mysterious dark matter, which accounts for most of the matter in the universe, is composed of primordial black holes. The 2020 Nobel Prize in physics was awarded to a theorist, Roger Penrose, and two astronomers, Reinhard Genzel and Andrea Ghez, for their discoveries that confirmed the existence of black holes. Since black holes are known to exist in nature, they make a very appealing candidate for dark matter.

The recent progress in fundamental theory, astrophysics, and astronomical observations in search of PBHs has been made by an international team of particle physicists, cosmologists and astronomers, including Kavli IPMU members Alexander Kusenko, Misao Sasaki, Sunao Sugiyama, Masahiro Takada and Volodymyr Takhistov.

Fig2. Hyper Suprime-Cam (HSC) is a gigantic digital camera on the Subaru Telescope (Credit:HSC project / NAOJ)

To learn more about primordial black holes, the research team looked at the early universe for clues. The early universe was so dense that any positive density fluctuation of more than 50 percent would create a black hole. However, cosmological perturbations that seeded galaxies are known to be much smaller. Nevertheless, a number of processes in the early universe could have created the right conditions for the black holes to form.

One exciting possibility is that primordial black holes could form from the "baby universes" created during inflation, a period of rapid expansion that is believed to be responsible for seeding the structures we observe today, such as galaxies and clusters of galaxies. During inflation, baby universes can branch off of our universe. A small baby (or "daughter") universe would eventually collapse, but the large amount of energy released in the small volume causes a black hole to form.

An even more peculiar fate awaits a bigger baby universe. If it is bigger than some critical size, Einstein's theory of gravity allows the baby universe to exist in a state that appears different to an observer on the inside and the outside. An internal observer sees it as an expanding universe, while an outside observer (such as us) sees it as a black hole. In either case, the big and the small baby universes are seen by us as primordial black holes, which conceal the underlying structure of multiple universes behind their "event horizons." The event horizon is a boundary below which everything, even light, is trapped and cannot escape the black hole.

  • Fig3. The Subaru Telescope in Hawaii. (Credit:NAOJ)
  • Fig4. A star in the Andromeda galaxy temporarily becomes brighter if a primordial black hole passes in front of the star, focusing its light in accordance with the theory of gravity. (Credit: Kavli IPMU/HSC Collaboration)

In their paper, the team described a novel scenario for PBH formation and showed that the black holes from the "multiverse" scenario can be found using the Hyper Suprime-Cam (HSC) of the 8.2m Subaru Telescope, a gigantic digital camera—the management of which Kavli IPMU has played a crucial role—near the 4,200 meter summit of Mt. Mauna Kea in Hawaii. Their work is an exciting extension of the HSC search of PBH that Masahiro Takada, a Principal Investigator at the Kavli IPMU, and his team are pursuing. The HSC team has recently reported leading constraints on the existence of PBHs in Niikura, Takada et. al. (Nature Astronomy 3, 524-534 (2019))

Why was the HSC indispensable in this research? The HSC has a unique capability to image the entire Andromeda galaxy every few minutes. If a black hole passes through the line of sight to one of the stars, the black hole's gravity bends the light rays and makes the star appear brighter than before for a short period of time. The duration of the star's brightening tells the astronomers the mass of the black hole. With HSC observations, one can simultaneously observe one hundred million stars, casting a wide net for primordial black holes that may be crossing one of the lines of sight.

The first HSC observations have already reported a very intriguing candidate event consistent with a PBH from the "multiverse," with a black hole mass comparable to the mass of the Moon. Encouraged by this first sign, and guided by the new theoretical understanding, the team is conducting a new round of observations to extend the search and to provide a definitive test of whether PBHs from the multiverse scenario can account for all dark matter.


Black Hole Paradoxes Reveal a Link Between Energy and Entropy

To revist this article, visit My Profile, then View saved stories.

To revist this article, visit My Profile, then View saved stories.

"Physicists like to probe the extreme,” said Garrett Goon, a physicist at Carnegie Mellon University. “The fact that you can’t go further, that something is changing, something is blocking you—something interesting is happening there.”

For decades, black holes have played the headlining role in the thought experiments that physicists use to probe nature’s extremes. These invisible spheres form when matter becomes so concentrated that everything within a certain distance, even light, gets trapped by its gravity. Albert Einstein equated the force of gravity with curves in the space-time continuum, but the curvature grows so extreme near a black hole’s center that Einstein’s equations break. Thus, generations of physicists have looked to black holes for clues about the true, quantum origin of gravity, which must fully reveal itself in their hearts and match Einstein’s approximate picture everywhere else.

Original story reprinted with permission from Quanta jurnalı, an editorially independent publication of the Simons Foundation whose mission is to enhance public understanding of science by covering research develop­ments and trends in mathe­matics and the physical and life sciences.

Plumbing black holes for knowledge of quantum gravity originated with Stephen Hawking. In 1974 the British physicist calculated that quantum jitter at the surfaces of black holes cause them to evaporate, slowly shrinking as they radiate heat. Black hole evaporation has informed quantum gravity research ever since.

More recently, physicists have considered the extreme of the extreme—entities called extremal black holes—and found a fruitful new problem.

Black holes become electrically charged when charged stuff falls into them. Physicists calculate that black holes have an “extremal limit,” a saturation point where they store as much electric charge as possible for their size. When a charged black hole evaporates and shrinks in the manner described by Hawking, it will eventually reach this extremal limit. It’s then as small as it can get, given how charged it is. It can’t evaporate further.

But the idea that an extremal black hole “stops radiating and just sits there” is implausible, said Grant Remmen, a physicist at the University of California, Berkeley. In that case, the universe of the far future will be littered with tiny, indestructible black hole remnants—the remains of any black holes that carry even a touch of charge, since they’ll all become extremal after evaporating enough. There’s no fundamental principle protecting these black holes, so physicists don’t think they should last forever.

So “there is a question,” said Sera Cremonini of Lehigh University: “What happens to all these extremal black holes?”

Physicists strongly suspect that extremal black holes must decay, resolving the paradox, but by some other route than Hawking evaporation. Investigating the possibilities has led researchers in recent years to major clues about quantum gravity.

Four physicists realized in 2006 that if extremal black holes can decay, this implies that gravity must be the weakest force in any possible universe, a powerful statement about quantum gravity’s relationship to the other quantum forces. This conclusion brought greater scrutiny to extremal black holes’ fates.

Then, two years ago, Remmen and collaborators Clifford Cheung and Junyu Liu of the California Institute of Technology discovered that whether extremal black holes can decay depends directly on another key property of black holes: their entropy—a measure of how many different ways an object’s constituent parts can be rearranged. Entropy is one of the most studied features of black holes, but it wasn’t thought to have anything to do with their extremal limit. “It’s like, wow, OK, two very cool things are connected,” Cheung said.

In the latest surprise, that link turns out to exemplify a general fact about nature. In a paper published in March in Fiziki Baxış Məktubları, Goon and Riccardo Penco broadened the lessons of the earlier work by proving a simple, universal formula relating energy and entropy. The newfound formula applies to a system such as a gas as well as a black hole.

With the recent calculations, “you really are learning about quantum gravity,” Goon said. “But maybe even more interesting, you’re learning something about more everyday stuff.”

Physicists see very easily that charged black holes reach an extremal limit. When they combine Einstein’s gravity equations and the equations of electromagnetism, they calculate that a black hole’s charge, Q, can never surpass its mass, M, when both are converted into the same fundamental units. Together, the black hole’s mass and charge determine its size—the radius of the event horizon. Meanwhile, the black hole’s charge also creates a second, “inner” horizon, hidden behind the event horizon. Kimi Q increases, the black hole’s inner horizon expands while the event horizon contracts until, at Q = M, the two horizons coincide.

Əgər Q increased further, the radius of the event horizon would become a complex number (involving the square root of a negative number), rather than a real one. This is unphysical. So, according to a simple mashup of James Clerk Maxwell’s 19th-century theory of electromagnetism and Einsteinian gravity, Q = M must be the limit.

When a black hole hits this point, a simple option for further decay would be to split into two smaller black holes. Yet in order for such splitting to happen, the laws of conservation of energy and conservation of charge require that one of the daughter objects must end up with more charge than mass. This, according to Einstein-Maxwell, is impossible.

But there might be a way for extremal black holes to split in two after all, as Nima Arkani-Hamed, Lubos Motl, Alberto Nicolis, and Cumrun Vafa pointed out in 2006. They noted that the combined equations of Einstein and Maxwell don’t work well for small, strongly curved black holes. At smaller scales, additional details related to the quantum mechanical properties of gravity become more important. These details contribute corrections to the Einstein-Maxwell equations, changing the prediction of the extremal limit. The four physicists showed that the smaller the black hole, the more important the corrections become, causing the extremal limit to move farther and farther away from Q = M.

The researchers also pointed out that if the corrections have the right sign—positive rather than negative—then small black holes can pack more charge than mass. For them, Q > M, which is exactly what’s needed for big extremal black holes to decay.

If this is the case, then not only can black holes decay, but Arkani-Hamed, Motl, Nicolis, and Vafa showed that another fact about nature also follows: Gravity must be the weakest force. An object’s charge, Q, is its sensitivity to any force other than gravity. Its mass, M, is its sensitivity to gravity. So Q > M means gravity is the weaker of the two.

From their assumption that black holes ought to be able to decay, the four physicists made a more sweeping conjecture that gravity must be the weakest force in any viable universe. In other words, objects with Q > M will always exist, for any kind of charge Q, whether the objects are particles like electrons (which, indeed, have far more electric charge than mass) or small black holes.

This “weak gravity conjecture” has become hugely influential, lending support to a number of other ideas about quantum gravity. But Arkani-Hamed, Motl, Nicolis, and Vafa didn’t prove that Q > M, or that extremal black holes can decay. The quantum gravity corrections to the extremal limit might be negative, in which case small black holes can carry even less charge per unit mass than large ones. Extremal black holes wouldn’t decay, and the weak gravity conjecture wouldn’t hold.

This all meant that researchers needed to figure out what the sign of the quantum gravity corrections actually is.

The issue of quantum gravity corrections has come up before, in another, seemingly unrelated line of black hole study.

Almost 50 years ago, the late physicists Jacob Bekenstein and Stephen Hawking independently discovered that a black hole’s entropy is directly proportional to its surface area. Entropy, commonly thought of as a measure of disorder, counts the number of ways an object’s internal parts can be rearranged without any change to its overall state. (If a room is messy, or high entropy, for instance, you can move objects around at random and it will stay messy by contrast, if a room is tidy, or low entropy, moving things around will make it less tidy.) By building a bridge between a black hole’s entropy, which concerns its inner microscopic ingredients, and its geometric surface area, Bekenstein and Hawking’s entropy area law has become one of physicists’ strongest footholds for studying black holes and quantum gravity.

Bekenstein and Hawking deduced their law by applying Einstein’s gravity equations (together with the laws of thermodynamics) to the black hole’s surface. They treated this surface as smooth and ignored any structure that exists over short distances.

In 1993 the physicist Robert Wald of the University of Chicago showed that it’s possible to do better. Wald found clever tricks for inferring the small effects that emanate from more microscopic levels of reality, without knowing what the complete description of that deeper level of reality is. His tactic, pioneered in a different context by the condensed-matter physicist Kenneth Wilson, was to write down every possible physical effect. To Einstein’s equations, Wald showed how to add a series of extra terms—any terms that have the right dimensions and units, constructed of all physically relevant variables—that might describe the unknown short-distance properties of a black hole’s surface. “You can write down the most general set of terms that you could have in principle that describe [black hole] curvatures of a certain size,” said Cremonini.


Courses - Fall 2021

"From Black Holes to undiscovered worlds" - a journey through our fascinating universe. Ever wondered about the universe? What you see in the night sky? How stars get born and how they die? How Black holes work? And if there is life out there in the universe? Join us for a journey through our fascinating universe from Black Holes to undiscovered worlds through the newest discoveries. We are made of stardust. Ad Astra.

Distribution: (PBS-AS, PHS-AS)
Academic Career: UG Instructor: Nikole Lewis (nkl35)
Jonathan Lunine (jil45)
Full details for ASTRO 1101 : From New Worlds to Black Holes

Identical to ASTRO 1101 except for addition of the laboratory.

Distribution: (PBS-AS, PHS-AS)
Academic Career: UG Instructor: Nikole Lewis (nkl35)
Jonathan Lunine (jil45)
Full details for ASTRO 1103 : From New Worlds to Black Holes

Provides a "hands-on" introduction to observational astronomy intended for liberal arts students. High school mathematics is assumed, but otherwise there are no formal prerequisites. The course objective is to learn how we know what we know about the Universe, and to learn how to observe with moderate cost amateur telescopes. There are two lectures and one evening laboratory per week. Typically, labs consist of 4-5 observing sessions using the Fuertes Observatory 12" telescope and a set of Meade 8" telescopes, a trip to Mount Pleasant to look through its 25" telescope and, on cloudy nights, 4-5 in-class experiments, the highlight of which is collecting micrometeorites for study.

Distribution: (PBS-AS, PHS-AS)
Academic Career: UG Instructor: Gordon Stacey (gjs12)
Full details for ASTRO 1195 : Observational Astronomy

Writing course designed to develop an understanding of modern solar system exploration. Discussion will center on describing our home planet as a member of a diverse family of objects in our solar system. In addition to studying what we have learned of other planets and satellites from unmanned spacecraft, we will also discuss the missions themselves and describe the process of how they are selected and developed. Guest lecturers will include political advocacy experts, NASA officials, and science team members of active NASA/ESA missions. Participants will study, debate, and learn to write critically about important issues in science and public policy that benefit from this perspective. Topics discussed include space policy, the potential for life in the ocean worlds of the outer solar system, the search for extrasolar planets and extraterrestrial intelligence, and the exploration of Mars.

Introduction to the solar system with emphasis on the quantitative application of simple physical principles to the understanding of what we observe or can deduce. Topics include: planetary orbital and spin dynamics, tidal evolution, the interiors, surfaces, and atmospheres of the planets including the effects of greenhouse gases on climate, and smaller bodies such as satellites, asteroids and comets. Comparisons will be made between planetary systems discovered about other stars and our own solar system. Results from past and current spacecraft missions will be discussed. Final grades will depend on homework sets and on a final team project and in-class presentation, supported by a joint term paper. The course is more in-depth and quantitative than ASTRO 1102/ASTRO 1104. All course materials will be available online.

This course provides an overview of our current understanding of how galaxies have evolved over the last 13+ billion years and how their evolution has been influenced by their local intergalactic environment. We will look at the evidence that links supermassive black holes, gas accretion and merger events to galaxy evolution and track the star formation rate from early to current epochs. Additional topics will include the formation and distribution of clusters and groups of galaxies, the importance of dark matter and how galaxy evolution fits into the framework of current cosmological models.

Distribution: (PBS-AS, PHS-AS)
Academic Career: UG Instructor: Dominik Riechers (dar329)
Full details for ASTRO 3303 : Galaxies Across Cosmic Time

Introduces Mathematica and modern symbolic manipulator programs to students in quantitative disciplines. The course will cover language concepts, programming tools and techniques and draw examples from a wide variety of fields including mathematics, astronomy, physics, engineering, biology, statistics, finance, and the general topic of big data. For the final project the student will apply the capabilities to an individual area of interest. Both undergraduates and graduates may register.

Distribution: (MQR-AS, SDS-AS, SMR-AS)
Academic Career: UG Instructor: David Chernoff (dfc8)
Full details for ASTRO 3340 : Symbolic and Numerical Computing

The course covers methods in optical and radio astronomy and selected topics in astrophysics. Major experiments use techniques chosen from charge-coupled device (CCD) imaging, optical photometry, optical spectroscopy, radiometry and radio spectroscopy. Observations use the Hartung-Boothroyd Observatory's 24-inch telescope and a 3.8-meter radio telescope on the roof of the Space Sciences Building. The course covers the fundamentals of astronomical instrumentation and data analysis applied to a wide range of celestial phenomena: asteroids, main-sequence stars, supernova remnants, globular clusters, planetary nebulae, the interstellar medium, OH masers, and galaxies. Methods include statistical data analysis, artifact and interference excision, Fourier transforms, heterodyned receivers, and software-defined radio.

Distribution: (PBS-AS, PHS-AS, SDS-AS)
Academic Career: UG Instructor: Jim Cordes (jmc33)
James Lloyd (jl554)
Full details for ASTRO 4410 : Multiwavelength Astronomical Techniques

An introduction to theoretical and observational cosmology aimed at interested science and engineering majors. Topics include an introduction to general relativity as applied to the cosmos the cosmic expansion history and how it relates to the nature of matter in the universe processes in the early universe how galaxies and clusters of galaxies form current and prospective cosmological surveys of galaxies, galaxy clusters, gravitational lensing, and the cosmic microwave background. The material is at a less technical level than the graduate cosmology course ASTRO 6599.

Distribution: (PBS-AS, PHS-AS)
Academic Career: UG Instructor: Nicholas Battaglia (nb572)
Full details for ASTRO 4433 : Introduction to Cosmology

One-semester introduction to general relativity that develops the essential structure and phenomenology of the theory without requiring prior exposure to tensor analysis. General relativity is a fundamental cornerstone of physics that underlies several of the most exciting areas of current research, including relativistic astrophysics, cosmology, and the search for a quantum theory of gravity. The course briefly reviews special relativity, introduces basic aspects of differential geometry, including metrics, geodesics, and the Riemann tensor, describes black hole spacetimes and cosmological solutions, and concludes with the Einstein equation and its linearized gravitational wave solutions. At the level of Gravity: An Introduction to Einstein's General Relativity by Hartle.

Distribution: (PBS-AS, PHS-AS, SMR-AS)
Academic Career: UG Instructor: Saul Teukolsky (sat4)
Full details for ASTRO 4445 : Introduction to General Relativity

Individuals work on selected topics. A program of study is devised by the student and instructor.

A knowledge of classical dynamics is essential for understanding some of the most interesting problems in astrophysics, from planetary systems to galaxies. This course will introduce and review theories of dynamical systems (e.g. Hamiltonian mechanics and nonlinear dynamics). The major focus will be on the dynamics of planetary systems (both Solar system and exoplanetary systems) and galactic dynamics. There are no astronomy or advanced mechanics prerequisites.

This course covers telescope design, optics design and instrumentation for wavelengths from optical to radio and their relation to current research needs. Adaptive optics, interferometry, aperture synthesis, and beam forming will be covered. Instrumentation discussions will include CCD and IR/submillimeter detector arrays, heterodyne systems and phased array feeds at radio wavelengths as well as camera designs, cryogenic systems, spectrographs/spectrometers and interferometric correlators. Sensitivity issues, observing techniques, polarimetry and data analysis will be discussed.

This course covers fundamentals of radiative transfer, bremsstrahlung, synchrotron radiation, Compton scattering, spectral line transfer, gas heating and cooling, and topics in atomic and molecular spectroscopy are discussed within the framework of astrophysical sources and problems. Applications will include the interstellar and intergalactic media, neutron stars, active galactic nuclei, and exoplanetary systems.

Guided reading and seminars on topics not currently covered in regular courses.

Introduces Mathematica and modern symbolic manipulator programs to students in quantitative disciplines. The course will cover language concepts, programming tools and techniques and draw examples from a wide variety of fields including mathematics, astronomy, physics, engineering, biology, statistics, finance, and the general topic of big data. For the final project the student will apply the capabilities to an individual area of interest. Both undergraduates and graduates may register.

This course is a reading seminar where graduate students will gain astronomy breadth, practice public speaking, and distill important results from seminal astronomy research papers.


Videoya baxın: Qaranlıq enerji və Qaranlıq maddə - Texno Məkan (Oktyabr 2021).