Od čega je napravljena tamna tvar? To je jedno od najupečatljivijih pitanja moderne astronomije. Znamo da je tamna tvar vana, jer možemo vidjeti njezin očigledan gravitacijski utjecaj na sve, od galaksija do evolucije cijelog svemira, ali ne znamo što je, Naše najbolje nagađamo da je riječ o nekakvoj čudnoj novoj čestici koja ne želi razgovarati s normalnom materijom često (inače bismo to već vidjeli). Jedna je mogućnost da je to egzotična hipotetička vrsta čestica poznata kao aksija, a tim astronoma ne koristi ništa drugo nego crne rupe kako bi pokušao ugledati ovaj neobični novi kozmički stvor.
Aksionska agenda
Bit ću iskren s vama, ne znamo postoje li sjekire Oni su izumljeni da objasne zagonetku u fizici visoke energije. U prirodi postoji određena simetrija u kojoj uzmete slučajnu interakciju koja uključuje mnogo subatomskih čestica i isključite svačija električna naboja za suprotan znak, a pokrenete i postupak u ogledalu, dobivate potpuno isti rezultat. To je poznato kao simetrija naboja i parnosti, ili kratka CP-simetrija.
Ta simetrija postoji svuda u prirodi, osim kad to ne postoji, kao u slučaju slabe nuklearne sile koja je sposobna prekršiti ovu simetriju kad god joj se sviđa.
Zagonetka je da bi i jaka nuklearna sila po svim pravima to trebala prekršiti. U matematici postoje izrazi koji vrlo očito narušavaju CP-simetriju, a ipak ne vidimo znakove kršenja simetrije s jakom nuklearnom silom ni u jednom našem eksperimentu. Znači, nešto se mora dogoditi da se obnovi ta simetrija kad bi je trebalo razbiti.
Odgovor - ili barem jedan potencijalni odgovor - nova je vrsta čestica koja se zove aksija. Aksija vraća određenu ravnotežu u sili (da, ovdje sam svjestan reference o Zvjezdanim ratovima) tako da je CP-simetrija sačuvana i svatko može započeti svoj svakodnevni život. Do danas eksperimenti nisu izravno otkrili postojanje osovine, a postoji niz mogućih masa i svojstava koja bi osovina mogla imati.
Unutar tog raspona mogućih masa i svojstava osovine, događa se nešto izvanredno. Ako želimo napuniti svemir tamnom materijom, ta tamna tvar mora imati određena svojstva. Ne može često komunicirati s normalnom materijom, niti može često komunicirati sam sa sobom. Također, treba ih biti puno, a treba biti vrlo stabilan i dugovječan. Ispada da neka od raspona mogućih svojstava aksiona omogućuju toj hipotetičkoj čestici kandidat za tamnu tvar.
Mračni osi
Ako akciju pustimo da bude tamna materija, ona općenito može objasniti sva uobičajena opažanja tamne materije. Može objasniti krivulje rotacije unutar galaksija. Može objasniti kretanja galaksija unutar galaksije. Može se proizvesti u dovoljnom obilju u ranom Svemiru kako bi odgovarao opažanjima kozmičke mikrovalne pozadine. I tako dalje.
Štoviše, sjekire u jezgrama galaksija mogu se složiti dovoljno čvrsto da formiraju jednu masivnu kuglu koja bi isprva blistala nalikovala na supermasiranu crnu rupu. Bila bi mala, ne bi komunicirala sa svjetlošću, a bila bi i nevjerojatno masivna. Dok su nam nedavna promatranja iz teleskopa Event Horizon dala bukvalnu sliku divovske crne rupe u drugoj galaksiji, to ne znači da nužno isključuje da ove jezgre aksiona još uvijek vrebaju u dubinama galaksija širom svemira. A upravo s tim mogućim jezgrom aksona možemo dobiti odgovor na njihova svojstva.
Crne rupe su ključ
Osim teleskopa Event Horizon, nemamo izravna opažanja supermasivne crne rupe. Možemo vidjeti samo materijal koji se vrti i viri oko njih. A iz svojstava tog materijala možemo procijeniti veličinu i masu crnih rupa. Pomoću ovih tehnika tijekom desetljeća otkrili smo vrlo neobičan odnos: masivne galaksije u svojim središtima drže masivne crne rupe. Ta je veza zapravo relativno tijesna i govori nam da su se crne rupe nekako koevoluirale s njihovim galaksijama domaćinima.
Ali kao što sam rekao, ne možemo izravno promatrati crne rupe. Pa možda uopće nisu crne rupe. Mogle bi biti jezgre aksiona koje se kriju u središtima tih galaksija. Ako je to slučaj, nije da su se crne rupe koevoluirale s njihovim galaksijama domaćinama, već da su jezgre aksiona koevoluirale s njihovim galaksijama domaćinima. Što je veća galaksija, to je veća tamna tvar aksije i veća jezgra u aksiji u sredini.
To znači da možemo upotrijebiti odnos između središnjeg tamnog objekta (bilo da je crna rupa ili aksionska jezgra) i same galaksije da bismo ograničili svojstva osi. To djeluje, jer ako se počnete igrati s masom čestica aksona, to utječe na to koliko ćete se lako moći sastaviti u obliku jezgre, što će promijeniti odnos prema galaksiji domaćina.
Tim astronoma nedavno je upotrijebio odnos crnih rupa i galaksija da bi to učinio upravo tako, a bili su u mogućnosti postaviti neke gornje granice mase čestica aksona, što će nam pomoći u budućim eksperimentima i izravnim pretragama. Je li aksonija odgovorna za tamnu tvar u svemiru? Nadamo se da ćemo jednog dana moći rasvijetliti situaciju.
Pročitajte još: "Aksionska jezgra - halo masa i odnos crne rupe i halo mase: ograničenja na nekoliko skala parseka"
