Arkisto
- syyskuu 2023
- elokuu 2023
- kesäkuu 2023
- toukokuu 2023
- huhtikuu 2023
- maaliskuu 2023
- helmikuu 2023
- tammikuu 2023
- joulukuu 2022
- marraskuu 2022
- lokakuu 2022
- syyskuu 2022
- elokuu 2022
- kesäkuu 2022
- toukokuu 2022
- huhtikuu 2022
- maaliskuu 2022
- helmikuu 2022
- tammikuu 2022
- joulukuu 2021
- marraskuu 2021
- lokakuu 2021
- syyskuu 2021
- elokuu 2021
- kesäkuu 2021
- toukokuu 2021
- huhtikuu 2021
- maaliskuu 2021
- helmikuu 2021
- tammikuu 2021
- joulukuu 2020
- marraskuu 2020
- lokakuu 2020
- syyskuu 2020
- elokuu 2020
- kesäkuu 2020
- toukokuu 2020
- huhtikuu 2020
- maaliskuu 2020
- helmikuu 2020
- tammikuu 2020
- joulukuu 2019
- marraskuu 2019
- lokakuu 2019
- syyskuu 2019
- elokuu 2019
- heinäkuu 2019
- kesäkuu 2019
- toukokuu 2019
- huhtikuu 2019
- maaliskuu 2019
- helmikuu 2019
- tammikuu 2019
- joulukuu 2018
- marraskuu 2018
- lokakuu 2018
- syyskuu 2018
- kesäkuu 2018
- toukokuu 2018
- huhtikuu 2018
- maaliskuu 2018
- helmikuu 2018
- tammikuu 2018
- joulukuu 2017
- marraskuu 2017
- lokakuu 2017
- syyskuu 2017
- elokuu 2017
- kesäkuu 2017
- toukokuu 2017
- huhtikuu 2017
- maaliskuu 2017
- helmikuu 2017
- tammikuu 2017
- joulukuu 2016
- marraskuu 2016
- lokakuu 2016
- syyskuu 2016
- elokuu 2016
- kesäkuu 2016
- toukokuu 2016
- huhtikuu 2016
- maaliskuu 2016
- helmikuu 2016
- tammikuu 2016
- joulukuu 2015
- marraskuu 2015
- lokakuu 2015
- syyskuu 2015
- elokuu 2015
- kesäkuu 2015
- toukokuu 2015
- huhtikuu 2015
- maaliskuu 2015
- helmikuu 2015
- tammikuu 2015
- joulukuu 2014
- marraskuu 2014
- lokakuu 2014
- syyskuu 2014
- elokuu 2014
- kesäkuu 2014
- toukokuu 2014
- huhtikuu 2014
- maaliskuu 2014
- helmikuu 2014
- tammikuu 2014
- joulukuu 2013
- marraskuu 2013
- lokakuu 2013
- syyskuu 2013
Pimeä sydän
Vaikka pimeä aine on paras selitys monille tähtitieteen ja kosmologian havainnoille, varmuuden saisi vain löytämällä pimeän aineen hiukkasen. Tähän on perinteisesti ajateltu olevan kolme tapaa: suora havainto, epäsuora havainto ja kiihdytinhavainto. Suora havainto tarkoittaa sitä, että hiukkanen havaitaan laboratoriossa, epäsuora sitä, että hiukkasen hajoamis- tai annihilaatiotuotteet nähdään taivaalla ja kiihdytinhavainto sitä, että hiukkanen tuotetaan hiukkaskiihdyttimissä.
Neljänneksi mahdollisuudeksi on viime vuosina noussut astrofysikaalinen havainto (astrofysiikka on hienompi tapa sanoa tähtitiede), eli sen havaitseminen, miten pimeä aine vaikuttaa tähtitieteen ilmiöihin. Eräs kiinnostava spekulatiivinen idea tältä saralta on pimeät tähdet. Heti alkuun on syytä kiiruhtaa sanomaan, että tämä nimi (jolla on historiaa elokuvan saralla) on harhaanjohtava. Mustat aukot todella ovat mustia, mutta pimeät tähdet ovat kirkkaita: itse asiassa niille on leimallistase, että ne ovat paljon kirkkaampia kuin tavalliset tähdet. Nimi tarkoittaa vain sitä, että tähden tärkein energianlähde on pimeän aineen annihilaatio.
Useissa pimeän aineen malleissa (kuten nynnyjen tapauksessa) pimeä aine koostuu sekä hiukkasista että antihiukkasista. Kun hiukkanen ja antihiukkanen kohtaavat, ne annihiloituvat kevyemmiksi hiukkasiksi, tyypillisesti enimmäkseen fotoneiksi ja neutriinoiksi. Koska maailmankaikkeus laajenee, aineen tiheys laskee ajan kuluessa – eli aine on ennen ollut tiheämpään pakattua. Niinpä varhaisessa maailmankaikkeudessa pimeä aine ja antiaine annihiloituivat esteettä keskenään, mutta tiheyden laskiessa hiukkaset eivät enää löydä toisiaan ja ainetta ja antiainetta jää jäljelle.
Mutta samalla kun maailmankaikkeuden keskitiheys laskee, syntyy tihentymiä kuten galakseja gravitaation kasatessa ainetta. Kun maailmankaikkeus on noin 200 miljoonaa vuoden ikäinen, joissakin harvoissa paikoissa aineen tiheys kasvaa niin isoksi, että ydinreaktiot käynnistyvät: toisin sanoen, tähdet syttyvät. Tavallisten tähtien energianlähde on keskustan fuusioreaktiot. Kun ydinpolttoaine loppuu, tähti romahtaa, räjähtää ja syytää reaktioissa syntyneet alkuaineet pölyksi, josta uudet tähdet ja planeetat rakentuvat.
Koska pimeä aine ei pysty jäähtymään, se ei rusahda kasaan yhtä tehokkaasti kuin tavallinen aine. Tämän takia pienistä klimpeistä, kuten tähdistä ja planeetoista, suurin osa on näkyvää ainetta. Mutta vaikka tähden massasta alle tuhannesosa olisi pimeää ainetta, se voi olla vastuussa suurimmasta osasta tähden energiantuotannosta, koska annihilaatio on erittäin tehokasta. Hiukkasen ja antihiukkasen hävittäessä toisensa kaikki niiden massaa vastaava energia muuttuu hiukkasiksi ja tähden sisällä lämmöksi. Ydinreaktioissa vapautuu vain noin prosentti ydinten energiasta.
Nykyisissä tähdissä pimeällä aineella ei ole havaittavaa roolia, mutta varhaisina aikoina pimeän aineen tiheys oli isompi, joten annihilaatiota oli enemmän. Pimeät tähdet ovat voineet olla tähtien kehityksen ensimmäinen vaihe.
Pimeät tähdet ovat isoja, niiden säde on yli tuhat kertaa Aurinkoa isompi, mutta annihilaatio on tiukasti rajoittunut keskustaan, ja tähtien pinta on melko kylmä, 10 000 astetta. Tavallisten tähtien kasvua rajoittaa se, että niiden kuumasta pinnasta nouseva aurinkotuuli piiskaa ainetta poispäin. Pimeillä tähdillä ei ole tätä ongelmaa, joten ne voivat ahmia kaasua ja pimeää ainetta ja lihoa yhdestä Auringon massasta kymmenen miljoonaa kertaa Aurinkoa raskaammiksi jäteiksi.
Lopulta, miljoonien tai miljardien vuosien jälkeen, tähden pimeä aine loppuu ja tähti romahtaa. Siitä voi syntyä musta aukko. Pimeitä tähtiä onkin ehdotettu ratkaisuksi siihen, että varhaisessa maailmankaikkeudessa näkyy miljardien Auringon massaisia mustia aukkoja. On vaikeaa ymmärtää, miten tavallisista tähdistä ehtii muutamassa sadassa miljoonassa nopeasti niin valtavia mustia aukkoja, mutta pimeiltä tähdiltä se voisi onnistua.
Tämä on kiinnostava selitys, mutta pimeiden tähtien idea tekee myös ennusteita. Ne ovat hyvin kirkkaita, jopa kymmenen miljardia kertaa Aurinkoa kirkkaampia. Vuonna 2021 kiertoradalle nouseva James Webb Space Telescope voisi havaita yksittäisiä pimeitä tähtiä varhaisessa maailmankaikkeudessa.
Muillakin kappaleilla saattaa olla pimeän aineen sydän. Maa kaappaa gravitaatiollaan pimeän aineen hiukkasia Aurinkokunnan kiertäessa ympäri Linnunrataa, ja jos hiukkaset vähän törmäilevät toisiinsa ja Maan atomeihin (kuten nynnyt ja vastaavat hiukkaset tekevät), ne menettävät hiljalleen energiaa ja päätyvät lopulta gravitaatiokuopan pohjalle, Maan ytimeen. Maan gravitaatio on kuitenkin niin heikko, että annihilaatio ei ole kovin voimakasta, ja sen havaitseminen on vaikeaa, etenkin kun vain neutriinot pääsevät maan alta pakoon. Näitä jalkojemme alla tapahtuvan annihilaation tuotteita on etsitty, mutta mitään ei ole löytynyt.
Eräs ajankohtainen idea on pimeän aineen löytäminen gravitaatioaaltojen avulla. Suoraviivaisinta olisi havaita pimeiden tähtien yhtymisestä syntyviä gravitaatioaaltoja. Siitä syntyy erilaisia gravitaatioaaltoja kuin tähtien tai mustien aukkojen törmäyksistä, koska pimeät tähdet ovat isokokoisempia. On myös ehdotettu, että neutronitähdillä on pimeän aineen ydin, joka vaikuttaa siihen, millaisia gravitaatioaaltoja niiden törmäyksissä syntyy. Toistaiseksi on havaittu vain yksi törmäys, jossa ainakin toinen osapuoli on neutronitähti, mutta ensi vuoden alkupuolella toimintaan palaavan LIGO-havaintolaitteen ja sen seuralaisten odotetaan näkevän niitä tulevien vuosien kuluessa roppakaupalla. Suuri havaintomäärä auttaa pienten poikkeamien vaskaamisessa.
Ei tiedetä, koostuuko pimeä aine sekä hiukkasista että antihiukkasista, eikä sitä, ovatko niiden massat ja vuorovaikutukset sopivia pimeiden tähtien muodostamiseksi: voi olla, että niitä ei ole olemassa. Mutta idean tutkiminen osoittaa, miten fysiikan eri haaroilla –hiukkasfysiikalla, tähtien rakenteen tutkimisella ja yleisen suhteellisuusteorian gravitaatioaalloilla– voi olla yllättäviä yhtymäkohtia, ja että ongelmia kannattaa lähestyä monesta suunnasta.
21 kommenttia “Pimeä sydän”
Vastaa
Luodin jäljet
Edellisen merkinnän kommenteissa (ja aiemminkin) on kyselty, ennustaako pimeä aine mitään, vai selittääkö se vain jo tehtyjä havaintoja. Kaikissa pimeään aineeseen viittaavissa havainnoissa on kyse siitä, että kappaleet tai valo liikkuvat eri tavalla kuin mitä pelkästään näkyvän aineen perusteella odottaisi. Kun mukaan ottaa näkymätöntä ainetta yhteensä noin neljä-viisi kertaa niin paljon kuin näkyvää, niin havainnot ja teoria loksahtavat kohdalleen.
Mutta kun pimeän aineen hiukkasta ei kovista yrityksistä huolimatta ole löytynyt, nakertaa kysymys siitä, eikö voisikin olla kyse siitä, että emme kunnolla ymmärrä gravitaatiota? Havainnot selittävän uuden gravitaatiolain kehittäminen on kuitenkin osoittautunut vaikeaksi. Tämä johtuu siitä, että kappaleiden ja valon liikkeet poikkeavat odotuksista eri tavalla eri tilanteissa.
On esimerkiksi selvää, että gravitaatio ei voi olla yksinkertaisesti luultua voimakkaampaa, koska näkyvä aine selittää planeettojen ja muiden kappaleiden sekä valon liikkeet Aurinkokunnassa erinomaisesti. Samoin Linnunradan keskustan tienoilla näkyvä aine riittää selittämään tähtien ja kaasun liikkeet. Pimeän aineen pitää siis olla jakautunut eri tavoin kuin tavallisen aineen. Näkyvä aine rutistuu kasaan, koska se voi jäähtyä säteilemällä energiaa pois. Pimeä aine ei pysty samaan (ainakaan yhtä tehokkaasti), ja siksi sen klimpit jäävät isommiksi ja harvemmiksi – ei ole pimeitä aurinkokuntia eikä pimeitä planeettoja. Tietokonesimulaatiot galaksien muodostumisesta varmistavat pimeän aineen erilaisen käytöksen ja selittävät sen jakautumisen galakseissa.
Erään näyttävimmistä esimerkkeistä pimeän aineen oikeaan osuneista ennustuksista tarjoaa 2000-luvun alkupuolella havaittu galaksirypäs 1E 0657-558, tuttavallisemmin luotirypäs. Kyseinen vajaan neljän miljardin valovuoden päässä oleva kokoelma galakseja ja kaasua iskeytyi isomman galaksiryppään läpi hieman yli kolme miljardia vuotta sitten. Senkin tapauksessa on kyse siitä, että näkyvä aine vuorovaikuttaa itsensä kanssa voimakkaammin kuin pimeä aine.
Galaksiryppäissä on paljon enemmän galaksienvälistä kaasua kuin galakseja: galaksit uivat kymmeniä miljoonia asteita kuumassa kaasussa. Galakseja on sen verta harvassa, että kun ryppäät törmäävät, niiden galaksit menevät toistensa ohi ja jatkavat matkaansa suoraan eteenpäin. Ryppäiden kaasukehät sen sijaan iskeytyvät kovasti, hidastuvat ja kuumenevat entisestään.
Galaksit hohtavat näkyvää valoa ja infrapunavaloa, mutta kaasu on niin kuumaa, että se hehkuu röntgensäteitä. Niinpä galaksit ja kaasu on helppo erottaa toisistaan. Alla olevassa kuvassa galaksit ovat valokiekkoja (mukana on myös meidän ja ryppään välissä olevia tähtiä ja muuta roskaa) ja kaasu on väritetty punaisella.
(Kuvan lähde: NASA.)
Luotirypäs ja sen kumppani näyttävät siltä kuin odottaisi: kaasu on jäljessä galakseja, ja sen törmäysrintaman muoto näkyy vielä.
On myös mitattu, miten paljon ryppään kukin osa taittaa takana olevien kohteiden valoa, eli paljonko massaa niissä on. (Lisää gravitaatiolinsseistä täällä.) Massa on väritetty kuvaan sinisellä.
Pimeän aineen mallien mukaan ryppäissä on paljon enemmän pimeää ainetta kuin tavallista ainetta, ja sen hiukkaset menevät toistensa ohi. Niinpä pimeä aine, on liikkunut esteettä samaan paikkaan kuin galaksit, joten valtaosa massasta on samassa paikassa galaksien kanssa, kuten kuvassa näkyy.
Jos pimeää ainetta ei olekaan olemassa, pitää selittää, miksi ryppäissä valo taipuu eniten galaksien kohdalla, vaikka suurin osa tavallisen aineen massasta on kaasussa. Periaatteessa uudessa gravitaatioteoriassa valon taipumisen ei tarvitse olla voimakkainta siellä missä on eniten massaa. On kuitenkin vaikea ymmärtää, miksi taipuminen menisi massan edellä. Toistaiseksi kukaan ei ole onnistunut muotoilemaan gravitaatiomallia, joka olisi sopusoinnussa sekä luotiryppään että muiden havaintojen kanssa.
On tietysti mahdollista, että huomenna joku esittää tällaisen gravitaatiomallin. Mutta tämä ei muuttaisi sitä, että luotiryppään muoto on pimeän aineen ennustus. Varta varten rustatun gravitaatiomallin kohdalla se olisi vain selitys. Sama pätee kosmisen mikroaaltotaustan epätasaisuuksiin ja useisiin muihin havaintoihin. Pimeän aineen kilpailijat juoksevat nappiin osuneiden ennustusten perässä, huonolla menestyksellä.
Luotiryppään piirteiden ja muiden gravitaatioon perustuvien havaintojen kannalta ei ole väliä, millainen pimeän aineen hiukkanen tismalleen on. Kunhan se vuorovaikuttaa heikosti, liikkuu hitaasti ja vetää ainetta puoleensa, se sopii yhteen havaintojen kanssa. Mutta havainnot antavat yhä parempia rajoja sille, miten heikosti tismalleen pimeä aine voi vuorovaikuttaa. Esimerkiksi luotiryppään avulla voi rajoittaa sitä, miten voimakkaasti pimeän aineen hiukkaset voivat vuorovaikuttaa itsensä kanssa, jotta eivät olisi jääneet galakseista jälkeen. Pimeän aineen hiukkasen ominaisuuksia tiirataankin nykyään kiihdytinten ja laboratoriohavaintojen lisäksi yhä enemmän taivaalta, ja saa nähdä missä niistä saadaan ensiksi kiinni.
Päivitys (21/08/18): Korjattu yksi virhe (tavallinen aine -> pimeä aine).
18 kommenttia “Luodin jäljet”
-
Eusa sanoo:
Mitä sanot siihen, että Sabine Hossenfelder esittää Bullet Clusterin osoittavan pimeän aineen mallin heikkoutta verrattuna toisiin selityksiin?
http://backreaction.blogspot.com/2017/01/the-bullet-cluster-as-evidence-against.html?m=1
-
Syksy Räsänen sanoo:
Luotirypäs on harvinainen tapaus. mutta ei niin harvinainen, että se olisi ongelma. Niitä odottaisi näkyvän taivaalla noin yksi.
(Jälkikäteen määriteltyjen todennäköisyyksien kanssa on syytä olla huolellinen: jos valitsee taivaalta yhden pilven ja kysyy, mikä on todennäköisyys, että juuri sellainen pilvi muodostuu on näköpiirissä juuri sillä hetkellä, se on aina mitättömän pieni. Pitää tarkastella ennemmin joukkoa tietynlaisia mahdollisia pilviä.)
https://arxiv.org/abs/1412.7719
Millään muotoa luotirypäs ei ole osoitus pimeän aineen selityksen heikkoudesta verrattuna muihin selityksiin, koska tietääkseni mikään muu malli ei selitä sen yksityiskohtia ja sovi yhteen muiden havaintojen kanssa.
-
Lentotaidoton sanoo:
Räsäsen mukaan tapaus on harvinainen, mutta näin tuleekin olla. Tämän Räsäsen antaman linkin mukaan Bullet Cluster on vain marginaalisesti sovitettavissa ΛCDM-kosmologiaan . Itseasiassa niin että jos (juuri) tällaisia systeemejä löytyisi lisää, niin se haastaisi standardin kosmologisen mallin.
“We find that only about 0.1 systems like the Bullet Cluster 1E 0657-56 (where the collision has occurred already) can be expected up to z = 0.3. Increasing the relative velocity to 4500 km/s — the shock front velocity deduced from X-ray observations of 1E 0657-56 — no candidate systems are found in the simulation. Thus the existence of 1E 0657-56 is only marginally compatible with the ΛCDM cosmology, provided the relative velocity of the two colliding clusters is indeed as low as suggested by hydrodynamical simulations. Hence if more such systems are found this would challenge the standard cosmological model.”
-
Pyrkivätköhän ne, joilla on parhaimmat laitteistot, aktiivisesti löytämään lisää vastaavia kohteita? Liekö kandidaatteja näkynyt?…
-
https://www.youtube.com/watch?v=rn_CBHvq29k
https://www.youtube.com/watch?v=xBDiS2WK38w
https://www.youtube.com/watch?v=mRtGUCLjQ3wEikös näitä joitain samankaltaisia olekin jo havaittu? Ainakin kaasun ja kappalemaisten kohteiden entrooppinen olemus on erilaista; kaasulla energiatiheyserot ovat tasaisempia kuin kappaledynamiikassa – löytyisikö siitä vihjettä ilman suurta määrää pimeitä hiukkasia?
-
Se, että galaksiryppäissä kaasu jakautuu tasaisemmin kuin galaksit on hyvin tunnettua, eikä asialla sinällään ole mitään tekemistä pimeän aineen kanssa.
-
En tiedä, etsitäänkö nimenomaisesti samanlaisia kohteita. Muita ryppäiden törmäyksiä on kyllä näkynyt, mutta ei mitään aivan samanlaista.
-
-
-
-
-
Harri Pohja sanoo:
Kiitos taas mielenkiintoisesta kirjoituksesta!
”…näkyvä aine vuorovaikuttaa itsensä kanssa voimakkaammin kuin tavallinen aine.” — tässä ”tavallinen” aine tarkoittanee pimeää ainetta?
-
Kyllä, kiitos, korjasin.
-
-
Sunnuntaikosmologi sanoo:
Muistelisin niin että pimeän aineen hiukkasten kandidaattien joukossa on ollut sellaisia jotka nykyinen hiukkasfysiikka (= standardimalli ?) tuntee, mutta enemmän kai puhutaan (spekuloidaan) aivan uusista tuntemattomista hiukkasista.
Pidetäänkö selvänä että jos/kun pimeän aineen hiukkanen löytyy niin se tulee merkitsemään hiukkasfysiikan radikaalia uusiutumista ?-
Standardimallin neutriinot olivat 1980-luvulla pimeän aineen ehdokas, mutta nykyään tiedetään, että ne eivät kelpaa. (Ne liikkuvat liian nopeasti ja niissä on liian vähän massaa.)
On myös pohdittu, voisiko pimeän aineen hiukkanen koostua kuudesta kvarkista, mutta tätä ei pidetä luultavana.
https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/kuusikon-uudet-seikkailut/
-
-
Mika sanoo:
Mikäli pimeän aineen hiukkasia ei yhä parantuvista koeasetelmista huolimatta tarttuisi haaviin, niin missä vaiheessa – jos koskaan – tulisi mielestäsi raja vastaan, jolloin pitäisi todeta että tarvitaan sittenkin joku toinen selitysmalli havainnoille?
-
On malleja, joissa pimeän aineen vuorovaikutukset ovat niin heikkoja (ja/tai sen hiukkasten lukumäärätiheys on niin pieni), että niitä ei havaita millään kokeella, jonka toteuttaminen vaikuttaa tällä hetkellä mahdolliselta. Rajaa ei siis ole näkyvissä.
Eri asia on sitten se, jos tehdään havaintoja, joita pimeä aine ei selitä.
-
-
APS News heinäkuun numerossa on katsaus pimeän aineen etsintään, lähinnä amerikkalaisesta näkökulmasta. Artikkelissa annetaan aika paljon tilaa teorialle axioneista pimeän aineen hiukkasina. Nämä olisivat erityisen pienimassaisia hiukkasia, mutta näemmä silti voisivat täyttää vaadittavan kokonaismassan. Niiden detektoimiseen on meneillään oma kokeensa (ADMX). Blogi-isännällä on postaus aksioneista 21.12.2016.
-
Jernau Gurgeh sanoo:
Minkälainen näkemys sinulla on Neil Turokin ja kumppaneiden paperiin, jossa ainoaksi pimeän aineen kandidaatiksi jää oikeakätiset (steriilit) neutriinot?
Paperi pureutuu samalla moniin muihinkin ongelmiin mielenkiintoisen universumi/anti-universumi mallin kautta. Ja väittävätpä siitä nousevan testattavia ennusteitakin.
https://arxiv.org/pdf/1803.08930.pdf
-
En ole lukenut paperia, mutta mikään ei kaiketi estäisi lisäämästä malliin uutta pimeän aineen kandidaattia oikeakätisten neutriinojen lisäksi.
Oikeakätiset neutriinot ovat vanha hyvä pimeän aineen kandidaatti, ja yksi kiinnostavimpia. Itse tosin pidän enemmän niiden kevyemmästä versiota, ks. https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/kauneusvirheen-korjaaminen/
-
-
Paluuviite: Kosmokseen kirjoitettua | Pimeä sydän
-
Paluuviite: Tähtitieteellinen yhdistys Ursa: Tuoreimmat
Kylläpä sitä jaksetaan spekuloida villeillä hypoteeseilla… 🙂
Mielenkiintoista pohdintaa – ja samalla tavallaa runollisen mystistä: https://www.kirjavinkit.fi/arvostelut/pimea-sydan/
Siis joka tapauksessa mielenkiintoista kuin Pimeä sydänkin.
Tästä tulee mieleen Joseph Conradin romaani Pimeyden Sydän, johon myös Ilmestyskirja Nyt-elokuva löyhästi perustuu. Tuon fiktiivisen kertomuksen ja standardimallin pimeän aineen totuusarvo ovat samaa luokkaa.
Harrastelija
Miten pimeän aineen tähdet ovat kirkkaita, eli mitä hiukkasia ne (oletetusti) säteilevät?
Tekstissä lukee seuraavaa:
”Kun hiukkanen ja antihiukkanen kohtaavat, ne annihiloituvat kevyemmiksi hiukkasiksi, tyypillisesti enimmäkseen fotoneiksi ja neutriinoiksi.”
Annihilaatiotuotteiden kirjo riippuu siitä, millaisesta pimeän aineen hiukkasesta tarkalleen on kysymys, mutta myös elektronit ja positronit ovat tavallisia annihilaatiotuotteita.
Sanalla ”kirkkaus” tekstissä viittaan fotoneihin eli valoon.
Miten tähden ulko-osien fysiikka mukaanlukien aurinkotuuli voisi riippua siitä tuottaako tähden ydin energiaa fuusiolla vai jollain muulla tavalla?
Kun tähden pääasiallisena energianlähteenä on annihilaatio, sen lämpötila on pienempi kuin silloin kun päälähteenä on keskustan fuusioreaktiot (jotka vaativat korkean lämpötilan).
Tarkemmin täällä: https://arxiv.org/abs/1501.02394
Jännittävän kuuloinen ajatus heillä, ja erityisen mielenkiintoista jos voidaan verifioida lähitulevaisuudessa JWST:llä. Ehkä heidän mallinnuksensa on oikein, mutta olisin kyllä luullut päinvastoin että jos tähdelle lisätään jokin uusi energiantuottomekanismi, silloin tähdne kasvu hidastuisi eikä nopeutuisi – vaikkakaan DM ja fuusio eivät olisi käynnissä samanaikaisesti.
Selitän epäilyäni vähän lisää. Karkeasti, ilman fuusiota musta aukko syntyisi tähdestä nopeasti. Fuusion kanssa se syntyy hitaammin. Kun mukaan pannaan DM-energiantuotanto, olettaisi että se syntyisi vieläkin hitaammin. Mutta heidän mukaansa käykin päinvastoin. Se on niin yllättävää että jäin pohtimaan olisiko heidän analyysissään jotain vialla.
Ursan palvelin ei muuten nykyään näytä hyväksymistä odottavia kommentteja niinkuin se teki ennen, ainakaan minulle. Kun kommentin on lähettänyt, se katoaa näkyvistä kunnes ilmeisesti bloginpitäjä sen hyväksyy. Muutama viikko sitten tuo kiusa ilmaantui.
Huomasin saman.
Voit ehkä ajatella niin että nynnyjen annihilaatiosta syntyvä säteily skalaautuu lempeämmin baryonisen massan funktiona. Tämä siis koska baryonit eivät sitä synnytä, vaan pimeä aine.
Normaali tähti alkaa nopeasti säteillä todella kiihkeästi jos sinne kaataa lisää baryoneja, ja tämä säteily puskee tähden ulommat kerrokset kevyesti pois. Tavallisilla tähdillä onkin kohtalaisen matala yläraja massalle, wikipedian mukaan about 100 auringon massaa. Toisaalta tällaiset pimeät tähdet saattavat pysyä tasapainossa vaikka baryoninen massa olisi luokkaa miljoona auringon massaa.
Näiden tähtien lopusta sanotaan seuraavaa: ”On the other end of the spectrum, the most massive supermassive dark stars may collapse directly to supermassive black holes with masses of >10^5 M⊙ without any fusion phase at all”
Harrastelija:
”Koska pimeä aine ei pysty jäähtymään”. Tarkoitatko että tavallisen aineen lämpötilan syntyessä hiukkastörmäyksistä -ei näitä törmäilyjä synny pimeän aineen kesken, jolloin ”lämpötilan” arvionti riippuu vain niiden kinetiikasta,muuttumattomista nopeuksista,joita verrataan valon nopeuteen?
DM-anhilaatiotkin ovat törmäyksiä,joista lopulta tulee fotoneja – mutta ilmeisesti ilman lämpöhukkaa?
Tavallinen aine jäähtyy siten, että muodostuu molekyylejä, joinen sisäinen tila voi muuttua niin, että ne säteilevät energiaa pois.
Pimeä aine ei tiettävästi muodosta sidottuja tiloja (ainakaan tehokkaasti), joten se ei pysty säteilemään energiaa pois.
Harrastelija:kiitos vastauksestasi.Ihmettelen kuitenkin edelleen,miten pimeän aineen hiukkaset(wimpit=nynnyt) voivat muodostaa isoja rakenteita kuten tähtiä tai niiden osia,mikäli eivät voi tiivistyä pimeistä hiukkaspilvistä – aluksi ”viilenemällä” olkoonkin etteivät muodostaisi molaarisia sidostiloja?
Pimeiden tähtien massasta vain alle tuhannesosa on pimeää ainetta, valtaosa on tavallista ainetta. Tähdet muodostuvat pimeän aineen pilvien keskelle, joten niiden sisällä on aina vähän pimeää ainetta.
Pimeää ainetta tulee lisää tähtiin kahdella tapaa.
Ensinnäkin ne vetävät sitä puoleensa (kuten muutakin ainetta) gravitaation takia.
Toisekseen tähden läpi kulkevat pimeän aineen hiukkaset törmäilevät tavallisen aineen hiukkasten kanssa menettäen energiaa, jäävät siksi tähden vangiksi ja päätyvät lopulta keskustaan.
Harrastelija:Hieman lisäaineistoa luettuani, ymmärsin asian näin. Adiabaattinen kompressio supistaa kaasupilveä,joka on molaarisen vedyn (H2) viilentämä. DM-annihilaatioiden samalla voimistuessa,ne tuottavat lämpöenergiaa,mikäli näitä pimeitä hiukkasia on riittävän tiheässä ne viimein ionisoivat vedyn ympäriltään ja DS-eli Pimeä,mutta kirkas,tähti on syntynyt!
Harrastelija:
Edellinen – tarkoitin:adiabaattinen kontraktio.
Eli suomeksi: sidottu tilahan tarkoittaa systeemin alinta energiatilaa (Enqvistin tunnettu sutkautus: sika painaa vähemmän kuin paloiteltu sika). Kun pimeä aine ei voi näitä muodostaa (kun eivät tunne sähkömagn vuorovaikusta) niin (ylimääräisen) energian säteileminen ei onnistu).
Hyvä Syksy
Esittelemässäsi aiheessa oli paljon sellaista loogisuutta, mikä monesta muusta [yhtenäisteoria]teoretisoinnista taas tuntuu puuttuvan.
Analogiaa geologiaan: kun tarkastelee teorioja, joita aikansa huippututkijat esittivät selittämään esim. jääkausista ja mannerliikunnoista seuranneita ilmiöitä, näkee, miten vaikea lause huippuälykkäällekin tutkijalle on ”En tiedä.” Kuitenkin se oli esim. Joseph Lagrangelle siinä määrin ominainen, että se taitaa olla kaiverrettuna hänen hautakivessäänkin.
Käsi sydämelle: mikä ala-alue hallitsemallasi alueella tuntuu tässä suhteessa eniten ”haisevan”?
Kunnioittavasti Jussi Hakama
Aihe ei suoranaisesti liity mitenkään yhtenäisteorioihin.
En ymmärrä kysymystä.