गहरे द्रव्य। डार्क मैटर क्या है

डार्क मैटर काला है इसलिए नहीं कि वह काला है, बल्कि इसलिए कि वह काला है। अप्रत्याशित विजेता"शाब्दिक अर्थ में: कोई नहीं जानता कि यह क्या है। ब्रह्मांड के विस्तार के त्वरण में विसंगति और पदार्थ के दृश्यमान द्रव्यमान में विसंगति को समझाने के लिए भौतिकविदों को डार्क मैटर की आवश्यकता है। ब्रह्मांड में अदृश्य पदार्थ का 95% से अधिक हिस्सा डार्क मैटर का है। समस्या यह है कि डार्क मैटर कमज़ोर तरीके से इंटरैक्ट करता है असली दुनिया, केवल गुरुत्वाकर्षण के स्तर पर, इसलिए इसे पकड़ना, ठीक करना या बनाना संभव नहीं है इस समय. और हमारे निगरानी और खोज उपकरण डार्क मैटर कणों को पकड़ने के लिए बहुत कमजोर हैं, हालांकि इस क्षेत्र में काम निश्चित रूप से चल रहा है।

यूरोपीय भौतिक अनुसंधान प्रयोगशाला सीईआरएन ने कहा कि वह डार्क मैटर से जुड़े कणों की खोज के लिए एक नए प्रयोग की योजना बना रही है, जिसके बारे में माना जाता है कि यह ब्रह्मांड का लगभग 27% हिस्सा है। यह प्रयोग उसी स्थान पर किया जाएगा जहां यह स्थित है - फ्रांसीसी-स्विस सीमा पर 27 किलोमीटर लंबी सुरंग में एक विशाल प्रयोगशाला। इसका काम "हल्के और कमजोर रूप से संपर्क करने वाले कणों" की खोज करना होगा।

भौतिकी में एक सैद्धांतिक निर्माण जिसे मानक मॉडल कहा जाता है, विज्ञान के लिए ज्ञात सभी की अंतःक्रियाओं का वर्णन करता है प्राथमिक कण. लेकिन यह ब्रह्मांड में मौजूद पदार्थ का केवल 5% है, शेष 95% पूरी तरह से अज्ञात प्रकृति का है। यह काल्पनिक डार्क मैटर क्या है और वैज्ञानिक इसका पता कैसे लगाने की कोशिश कर रहे हैं? एमआईपीटी के छात्र और भौतिकी और खगोल भौतिकी विभाग के कर्मचारी हायक हाकोबयान एक विशेष परियोजना के हिस्से के रूप में इस बारे में बात करते हैं।

प्राथमिक कणों का मानक मॉडल, जिसकी अंततः हिग्स बोसोन की खोज के बाद पुष्टि की गई, उन सामान्य कणों की मूलभूत अंतःक्रियाओं (इलेक्ट्रोकमजोर और मजबूत) का वर्णन करता है जिन्हें हम जानते हैं: लेप्टान, क्वार्क और बल वाहक (बोसोन और ग्लूऑन)। हालाँकि, यह पता चला है कि यह संपूर्ण विशाल जटिल सिद्धांत सभी पदार्थों के केवल 5-6% का ही वर्णन करता है, जबकि बाकी इस मॉडल में फिट नहीं बैठता है। हमारे ब्रह्मांड के शुरुआती क्षणों के अवलोकन से हमें पता चलता है कि हमारे चारों ओर मौजूद लगभग 95% पदार्थ पूरी तरह से अज्ञात प्रकृति का है। दूसरे शब्दों में, हम अप्रत्यक्ष रूप से इस छिपे हुए पदार्थ की उपस्थिति को इसके गुरुत्वाकर्षण प्रभाव के कारण देखते हैं, लेकिन हम अभी तक इसे सीधे तौर पर पकड़ने में सक्षम नहीं हो पाए हैं। इस छिपी हुई सामूहिक घटना को "डार्क मैटर" नाम दिया गया है।

आधुनिक विज्ञान, विशेषकर ब्रह्माण्ड विज्ञान, शर्लक होम्स की निगमनात्मक पद्धति के अनुसार कार्य करता है

अब WISP समूह का मुख्य उम्मीदवार अक्षतंतु है, जो मजबूत अंतःक्रिया के सिद्धांत में उत्पन्न होता है और इसका द्रव्यमान बहुत छोटा होता है। ऐसा कण उच्च चुंबकीय क्षेत्र में फोटॉन-फोटॉन जोड़ी में बदलने में सक्षम है, जो संकेत देता है कि कोई इसका पता लगाने का प्रयास कैसे कर सकता है। एडीएमएक्स प्रयोग बड़े कक्षों का उपयोग करता है जो 80,000 गॉस का चुंबकीय क्षेत्र बनाते हैं (जो कि 100,000 गुना अधिक है) चुंबकीय क्षेत्रधरती)। सिद्धांत रूप में, ऐसे क्षेत्र को एक एक्सियन के क्षय को फोटॉन-फोटॉन जोड़ी में उत्तेजित करना चाहिए, जिसे डिटेक्टरों को पकड़ना चाहिए। कई प्रयासों के बावजूद, अभी तक WIMPs, axions या बाँझ न्यूट्रिनो का पता लगाना संभव नहीं हो सका है।

इस प्रकार, हमने छिपे हुए द्रव्यमान की अजीब उपस्थिति को समझाने की कोशिश में बड़ी संख्या में विभिन्न परिकल्पनाओं के माध्यम से यात्रा की है, और, अवलोकनों की मदद से सभी असंभवताओं को खारिज कर दिया है, हम कई संभावित परिकल्पनाओं पर पहुंचे हैं जिनके साथ हम पहले से ही काम कर सकते हैं।

विज्ञान में एक नकारात्मक परिणाम भी एक परिणाम है, क्योंकि यह कणों के विभिन्न मापदंडों पर प्रतिबंध देता है, उदाहरण के लिए, यह संभावित द्रव्यमान की सीमा को समाप्त कर देता है। साल-दर-साल, त्वरक में अधिक से अधिक नए अवलोकन और प्रयोग डार्क मैटर कणों के द्रव्यमान और अन्य मापदंडों पर नए, अधिक कठोर प्रतिबंध प्रदान करते हैं। इस प्रकार, सभी असंभव विकल्पों को बाहर फेंककर और खोजों के दायरे को कम करके, दिन-ब-दिन हम यह समझने के करीब पहुंच रहे हैं कि हमारे ब्रह्मांड में 95% पदार्थ किससे बने हैं।

यह ज्ञात है कि डार्क मैटर "चमकदार" (बैरियोनिक) पदार्थ के साथ कम से कम गुरुत्वाकर्षण तरीके से संपर्क करता है, और बैरियन के घनत्व से कई गुना अधिक औसत ब्रह्माण्ड संबंधी घनत्व वाले माध्यम का प्रतिनिधित्व करता है। बाद वाले काले पदार्थ की सांद्रता के गुरुत्वाकर्षण छिद्रों में कैद हो जाते हैं। इसलिए, यद्यपि डार्क मैटर के कण प्रकाश के साथ परस्पर क्रिया नहीं करते हैं, प्रकाश वहीं से उत्सर्जित होता है जहां डार्क मैटर होता है। गुरुत्वाकर्षण अस्थिरता की इस उल्लेखनीय संपत्ति ने रेडियो से एक्स-रे तक अवलोकन डेटा का उपयोग करके काले पदार्थ की मात्रा, स्थिति और वितरण का अध्ययन करना संभव बना दिया है।

1990 के दशक में अत्यधिक विस्तृत चित्र प्राप्त होने के बाद आकाशगंगा समूहों में डार्क मैटर के वितरण का प्रत्यक्ष अध्ययन संभव हो गया। इस मामले में, क्लस्टर पर प्रक्षेपित अधिक दूर की आकाशगंगाओं की छवियां गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग के प्रभाव के कारण विकृत या विभाजित हो जाती हैं। इन विकृतियों की प्रकृति के आधार पर, क्लस्टर में आकाशगंगाओं के अवलोकन की परवाह किए बिना, क्लस्टर के भीतर द्रव्यमान के वितरण और परिमाण का पुनर्निर्माण करना संभव हो जाता है। इस प्रकार, आकाशगंगा समूहों में छिपे हुए द्रव्यमान और काले पदार्थ की उपस्थिति की पुष्टि प्रत्यक्ष विधि द्वारा की जाती है।

2012 में सूर्य से 13,000 प्रकाश वर्ष की दूरी पर स्थित 400 से अधिक तारों की गति पर प्रकाशित एक अध्ययन में सूर्य के चारों ओर अंतरिक्ष की बड़ी मात्रा में काले पदार्थ का कोई सबूत नहीं मिला। सैद्धांतिक भविष्यवाणियों के अनुसार, सूर्य के आसपास काले पदार्थ की औसत मात्रा लगभग 0.5 किलोग्राम होनी चाहिए थी ग्लोब. हालाँकि, माप ने इस आयतन में 0.00±0.06 किलोग्राम डार्क मैटर का मान दिया। इसका मतलब यह है कि पृथ्वी पर डार्क मैटर का पता लगाने के प्रयास, उदाहरण के लिए "साधारण" मैटर के साथ डार्क मैटर कणों की दुर्लभ अंतःक्रिया के माध्यम से, सफल होने की संभावना नहीं है।

डार्क मैटर उम्मीदवार

बेरियोनिक डार्क मैटर

सबसे स्वाभाविक धारणा यह प्रतीत होती है कि डार्क मैटर में साधारण, बैरोनिक पदार्थ होता है, जो किसी कारण से विद्युत चुम्बकीय रूप से कमजोर रूप से संपर्क करता है और इसलिए, उदाहरण के लिए, उत्सर्जन और अवशोषण रेखाओं का अध्ययन करते समय पता नहीं चल पाता है। शामिल गहरे द्रव्यइसमें पहले से ही खोजी गई कई ब्रह्मांडीय वस्तुएं शामिल हो सकती हैं, जैसे: डार्क गैलेक्टिक हेलो, भूरे बौने और बड़े ग्रह, विकास के अंतिम चरण में कॉम्पैक्ट वस्तुएं: सफेद बौने, न्यूट्रॉन तारे, ब्लैक होल। इसके अलावा, क्वार्क स्टार, क्यू स्टार और प्रीऑन स्टार जैसी काल्पनिक वस्तुएं भी बैरोनिक डार्क मैटर का हिस्सा हो सकती हैं।

इस दृष्टिकोण की समस्याएँ बिग बैंग ब्रह्माण्ड विज्ञान में प्रकट होती हैं: यदि सभी डार्क मैटर को बेरियन द्वारा दर्शाया जाता है, तो सबसे पुराने खगोलीय पिंडों में देखे गए प्राथमिक न्यूक्लियोसिंथेसिस के बाद प्रकाश तत्वों की सांद्रता का अनुपात अलग होना चाहिए, जो देखा गया है उससे बिल्कुल अलग होना चाहिए। . इसके अलावा, हमारी आकाशगंगा में तारों के प्रकाश के गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग की खोज के प्रयोगों से पता चलता है कि हमारी आकाशगंगा के प्रभामंडल के द्रव्यमान और छोटी वस्तुओं की व्याख्या करने के लिए ग्रहों या ब्लैक होल जैसी बड़ी गुरुत्वाकर्षण वस्तुओं की पर्याप्त सांद्रता नहीं देखी गई है। पर्याप्त सांद्रता को तारे के प्रकाश को बहुत अधिक तीव्रता से अवशोषित करना चाहिए।

नॉनबायोनिक डार्क मैटर

सैद्धांतिक मॉडल नॉनबायोनिक अदृश्य पदार्थ की भूमिका के लिए संभावित उम्मीदवारों का एक बड़ा चयन प्रदान करते हैं। आइए उनमें से कुछ को सूचीबद्ध करें।

हल्के न्यूट्रिनो

अन्य उम्मीदवारों के विपरीत, न्यूट्रिनो का स्पष्ट लाभ है: वे अस्तित्व में हैं। चूँकि ब्रह्मांड में न्यूट्रिनो की संख्या फोटॉन की संख्या के बराबर है, तो, एक छोटा द्रव्यमान होने पर भी, न्यूट्रिनो ब्रह्मांड की गतिशीलता को अच्छी तरह से निर्धारित कर सकते हैं। प्राप्त करने के लिए, जहां तथाकथित महत्वपूर्ण घनत्व है, ईवी के क्रम के न्यूट्रिनो द्रव्यमान की आवश्यकता होती है, जहां प्रकाश न्यूट्रिनो के प्रकारों की संख्या को दर्शाता है। अब तक किए गए प्रयोग ईवी के क्रम पर न्यूट्रिनो द्रव्यमान का अनुमान प्रदान करते हैं। इस प्रकार, हल्के न्यूट्रिनो को व्यावहारिक रूप से काले पदार्थ के प्रमुख अंश के लिए एक उम्मीदवार के रूप में बाहर रखा गया है।

भारी न्यूट्रिनो

जेड-बोसोन क्षय चौड़ाई पर डेटा से यह पता चलता है कि कमजोर रूप से संपर्क करने वाले कणों (न्यूट्रिनो सहित) की पीढ़ियों की संख्या 3 के बराबर है। इस प्रकार, भारी न्यूट्रिनो (कम से कम 45 GeV से कम द्रव्यमान वाले) आवश्यक रूप से हैं- बुलाया। "बाँझ", यानी, कण जो कमजोर रूप से बातचीत नहीं करते हैं। सैद्धांतिक मॉडल मूल्यों की एक बहुत विस्तृत श्रृंखला (उस न्यूट्रिनो की प्रकृति के आधार पर) पर द्रव्यमान की भविष्यवाणी करते हैं। लगभग ईवी की द्रव्यमान सीमा के लिए घटना विज्ञान से, बाँझ न्यूट्रिनो अच्छी तरह से काले पदार्थ का एक महत्वपूर्ण हिस्सा बन सकते हैं।

सुपरसिमेट्रिक कण

सुपरसिमेट्रिक (SUSY) सिद्धांतों में, कम से कम एक स्थिर कण है जो डार्क मैटर के लिए एक नया उम्मीदवार है। यह माना जाता है कि यह कण (एलएसपी) विद्युत चुम्बकीय और मजबूत इंटरैक्शन में भाग नहीं लेता है। एलएसपी कण फोटोनो, ग्रेविटिनो, हिग्सिनो (क्रमशः फोटॉन, ग्रेविटॉन और हिग्स बोसोन के सुपरपार्टनर), साथ ही स्नेट्रिनो, वाइन और ज़िनो भी हो सकते हैं। अधिकांश सिद्धांतों में, एक एलएसपी कण 10 GeV के क्रम के द्रव्यमान के साथ उपरोक्त SUSY कणों का एक संयोजन है।

ब्रह्माण्ड

सौर न्यूट्रिनो की समस्या को हल करने के लिए ब्रह्मांड को भौतिकी में पेश किया गया था, जिसमें सूर्य के मानक मॉडल द्वारा अनुमानित मूल्य से पृथ्वी पर पाए गए न्यूट्रिनो के प्रवाह में महत्वपूर्ण अंतर शामिल है। हालाँकि, इस समस्या को न्यूट्रिनो दोलनों के सिद्धांत और मिखेव-स्मिरनोव-वोल्फेंस्टीन प्रभाव के ढांचे के भीतर हल किया गया है, इसलिए ब्रह्मांड को स्पष्ट रूप से डार्क मैटर की भूमिका के लिए उम्मीदवारों से बाहर रखा गया है।

स्पेस-टाइम के टोपोलॉजिकल दोष

आधुनिक ब्रह्माण्ड संबंधी अवधारणाओं के अनुसार, निर्वात ऊर्जा एक निश्चित स्थानीय सजातीय और आइसोट्रोपिक अदिश क्षेत्र द्वारा निर्धारित होती है। ब्रह्मांड के विस्तार के दौरान तथाकथित वैक्यूम चरण संक्रमणों का वर्णन करने के लिए यह क्षेत्र आवश्यक है, जिसके दौरान समरूपता का लगातार उल्लंघन हुआ, जिससे मौलिक इंटरैक्शन अलग हो गए। एक चरण संक्रमण एक निर्वात क्षेत्र की ऊर्जा में उसकी जमीनी स्थिति (किसी दिए गए तापमान पर न्यूनतम ऊर्जा वाली स्थिति) की ओर बढ़ने वाली छलांग है। अंतरिक्ष के विभिन्न क्षेत्र स्वतंत्र रूप से इस तरह के संक्रमण का अनुभव कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप स्केलर क्षेत्र के एक निश्चित "संरेखण" वाले क्षेत्रों का निर्माण हो सकता है, जो विस्तार करते हुए एक-दूसरे के संपर्क में आ सकते हैं। विभिन्न अभिविन्यास वाले क्षेत्रों के मिलन बिंदुओं पर, विभिन्न विन्यासों के स्थिर टोपोलॉजिकल दोष बन सकते हैं: बिंदु-जैसे कण (विशेष रूप से, चुंबकीय मोनोपोल), रैखिक विस्तारित वस्तुएं (ब्रह्मांडीय तार), दो-आयामी झिल्ली (डोमेन दीवारें), तीन- आयामी दोष (बनावट)। इन सभी वस्तुओं में, एक नियम के रूप में, विशाल द्रव्यमान होता है और ये डार्क मैटर में प्रमुख योगदान दे सकते हैं। फिलहाल (2012) ब्रह्मांड में ऐसी वस्तुओं की खोज नहीं की गई है।

डार्क मैटर का वर्गीकरण

कणों की गति के आधार पर जो संभवतः डार्क मैटर बनाते हैं, इसे कई वर्गों में विभाजित किया जा सकता है।

गरम काला पदार्थ

प्रकाश की गति के करीब चलने वाले कणों से बना है - शायद न्यूट्रिनो। इन कणों का द्रव्यमान बहुत छोटा है, लेकिन फिर भी शून्य नहीं है, और ब्रह्मांड में न्यूट्रिनो की बड़ी संख्या (प्रति 1 सेमी³ 300 कण) को देखते हुए, यह एक विशाल द्रव्यमान देता है। कुछ मॉडलों में, न्यूट्रिनो में 10% डार्क मैटर होता है।

अपनी अत्यधिक गति के कारण, यह पदार्थ स्थिर संरचना नहीं बना सकता है, लेकिन यह सामान्य पदार्थ और अन्य प्रकार के डार्क मैटर को प्रभावित कर सकता है।

गर्म काला पदार्थ

आपेक्षिक गति से, लेकिन गर्म डार्क मैटर से कम गति से चलने वाले पदार्थ को "गर्म" कहा जाता है। इसके कणों की गति 0.1c से 0.95c तक हो सकती है। कुछ सबूत, विशेष रूप से पृष्ठभूमि माइक्रोवेव विकिरण में तापमान भिन्नता, सुझाव देते हैं कि पदार्थ का यह रूप मौजूद हो सकता है।

गर्म डार्क मैटर के घटकों की भूमिका के लिए अभी तक कोई उम्मीदवार नहीं हैं, लेकिन यह संभव है कि बाँझ न्यूट्रिनो, जो न्यूट्रिनो के सामान्य तीन स्वादों की तुलना में धीमी गति से चलना चाहिए, उनमें से एक हो सकता है।

ठंडा काला पदार्थ

शास्त्रीय गति से चलने वाले डार्क मैटर को "ठंडा" कहा जाता है। इस प्रकार का पदार्थ सबसे अधिक रुचिकर है, क्योंकि गर्म और गर्म डार्क मैटर के विपरीत, ठंडा पदार्थ स्थिर संरचनाएं और यहां तक ​​कि संपूर्ण डार्क आकाशगंगाएं भी बना सकता है।

अब तक, ठंडे काले पदार्थ के घटकों की भूमिका के लिए उपयुक्त कणों की खोज नहीं की गई है। ठंडे डार्क मैटर की भूमिका के लिए उम्मीदवार बड़े पैमाने पर कणों - WIMPs, जैसे अक्षतंतु और प्रकाश बोसोन के सुपरसिमेट्रिक फ़र्मियन साझेदार - फोटिनो, ग्रेविटिनो और अन्य के साथ कमजोर रूप से संपर्क कर रहे हैं।

मिश्रित काला पदार्थ

लोकप्रिय संस्कृति में

  • मास इफ़ेक्ट श्रृंखला में, तथाकथित "एलिमेंट ज़ीरो" के रूप में डार्क मैटर और डार्क एनर्जी सुपरल्यूमिनल गति से गति के लिए आवश्यक हैं। कुछ लोग, बायोटिक्स, डार्क एनर्जी का उपयोग करके, बड़े पैमाने पर प्रभाव वाले क्षेत्रों को नियंत्रित कर सकते हैं।
  • एनिमेटेड श्रृंखला फ़्यूचरामा में, डार्क मैटर का उपयोग ईंधन के रूप में किया जाता है अंतरिक्ष यानइंटरप्लेनेटरी एक्सप्रेस कंपनी। पदार्थ का जन्म विदेशी जाति "ज़ुबास्टिलोन्स" के मल के रूप में होता है और यह घनत्व में अत्यंत सघन होता है।

यह भी देखें

टिप्पणियाँ

साहित्य

  • आधुनिक ब्रह्मांड विज्ञान वेबसाइट, जिसमें डार्क मैटर पर सामग्री का चयन भी शामिल है।
  • जी.डब्ल्यू.क्लैपडोर-क्लिन्ग्रोथॉस, ए.स्टौड्टप्राथमिक कणों की गैर-त्वरक भौतिकी। एम.: नौका, फ़िज़मैटलिट, 1997।

लिंक

  • एस. एम. बिलेंकी, न्यूट्रिनो द्रव्यमान, मिश्रण और दोलन, यूएफएन 173 1171-1186 (2003)
  • वी. एन. लुकाश, ई. वी. मिखीवा, डार्क मैटर: प्रारंभिक स्थितियों से लेकर ब्रह्मांड की संरचना के निर्माण तक, यूएफएन 177 1023-1028 (2007)
  • डि कज़कोव "डार्क मैटर", पोस्टसाइंस प्रोजेक्ट में व्याख्यान की एक श्रृंखला से (वीडियो)
  • अनातोली चेरेपाशचुक। "ब्रह्मांड में पदार्थ के नए रूप, भाग 1" - डार्क मास और डार्क एनर्जी, व्याख्यान श्रृंखला "एकेडेमिया" से (वीडियो)

विकिमीडिया फाउंडेशन.

2010.

बिग पॉलिटेक्निक इनसाइक्लोपीडिया हम एक ऐसी खोज की दहलीज पर हैं जो दुनिया के बारे में हमारे विचारों का सार बदल सकती है।इसके बारे में डार्क मैटर की प्रकृति के बारे में. हाल के वर्षों में, खगोल विज्ञान ने डार्क मैटर की अवलोकन संबंधी पुष्टि में बड़े कदम उठाए हैं, और आज ब्रह्मांड में ऐसे पदार्थ के अस्तित्व को एक दृढ़ता से स्थापित तथ्य माना जा सकता है। स्थिति की ख़ासियत यह है कि खगोलशास्त्री भौतिकविदों के लिए अज्ञात पदार्थ से बनी संरचनाओं का अवलोकन कर रहे हैं। ऐसे में पहचान की समस्या खड़ी हो गईभौतिक प्रकृति

यह मामला।

1. "मेरे लिए कुछ लाओ, मुझे नहीं पता क्या"

आधुनिक कण भौतिकी ऐसे किसी कण को ​​नहीं जानती जिसमें डार्क मैटर के गुण हों। मानक मॉडल के विस्तार की आवश्यकता है। लेकिन कैसे, किस दिशा में बढ़ना है, क्या और कहाँ देखना है? इस खंड के शीर्षक में प्रसिद्ध रूसी परी कथा के शब्द वर्तमान स्थिति को पूरी तरह से दर्शाते हैं।

भौतिक विज्ञानी अज्ञात कणों की खोज करते हैं, उन्हें प्रेक्षित पदार्थ के गुणों की केवल सामान्य समझ होती है। ये गुण क्या हैं? हम बस इतना ही जानते हैंगहरे द्रव्य चमकदार (बैरिऑन) के साथ गुरुत्वाकर्षण तरीके से संपर्क करता है और बेरिऑन के घनत्व से कई गुना अधिक ब्रह्माण्ड संबंधी घनत्व वाले ठंडे माध्यम का प्रतिनिधित्व करता है। इसके चलते यह हुआडार्क मैटर ब्रह्मांड की गुरुत्वाकर्षण क्षमता के विकास को सीधे प्रभावित करता है। समय के साथ इसका घनत्व विपरीत बढ़ता गया, जिससे गुरुत्वाकर्षण से बंधे डार्क मैटर हेलो सिस्टम का निर्माण हुआ।

इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि गुरुत्वाकर्षण अस्थिरता की यह प्रक्रिया फ्रीडमैन यूनिवर्स में केवल बीज घनत्व गड़बड़ी की उपस्थिति में शुरू की जा सकती है, जिसके अस्तित्व का डार्क मैटर से कोई लेना-देना नहीं है, बल्कि बिग बैंग की भौतिकी के कारण है। इसलिए, एक और महत्वपूर्ण प्रश्न बीज गड़बड़ी के उद्भव के बारे में उठता है जिससे डार्क मैटर की संरचना विकसित हुई।

हम प्रारंभिक ब्रह्माण्ड संबंधी गड़बड़ी की उत्पत्ति के प्रश्न पर थोड़ी देर बाद विचार करेंगे। अब आइए डार्क मैटर पर वापस आएं।

बैरियन्स को डार्क मैटर सांद्रता के गुरुत्वाकर्षण कुओं में कैद किया गया है। इसलिए भले ही डार्क मैटर के कण प्रकाश के साथ संपर्क नहीं करते हैं, प्रकाश वहां मौजूद होता है जहां डार्क मैटर होता है। गुरुत्वाकर्षण अस्थिरता की इस उल्लेखनीय संपत्ति ने रेडियो से एक्स-रे रेंज तक अवलोकन डेटा का उपयोग करके डार्क मैटर की मात्रा, स्थिति और वितरण का अध्ययन करना संभव बना दिया है।

डार्क मैटर के गुणों और ब्रह्मांड के अन्य मापदंडों के बारे में हमारे निष्कर्षों की स्वतंत्र पुष्टि ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण के अनिसोट्रॉपी और ध्रुवीकरण, ब्रह्मांड में प्रकाश तत्वों की प्रचुरता और पदार्थ की अवशोषण रेखाओं के वितरण पर डेटा द्वारा प्रदान की जाती है। दूर के क्वासरों के स्पेक्ट्रा में। ब्रह्माण्ड संबंधी अनुसंधान में प्रयोग की जगह संख्यात्मक मॉडलिंग तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभा रहा है। डार्क मैटर के वितरण के बारे में सबसे मूल्यवान जानकारी निकटवर्ती पदार्थ के गुच्छों द्वारा दूर के स्रोतों के गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग पर कई अवलोकन संबंधी डेटा में निहित है।

चावल। 1. हबल टेलीस्कोप से प्राप्त आकाशगंगा समूह 0024 + 1654 की दिशा में आकाश का फोटो।

चित्र 1 गहरे द्रव्यमान के इन गुच्छों में से एक की दिशा में आकाश का एक भाग दिखाता है ($\sim 10^(14)M_(odot)$)। हम आकाशगंगाओं के एक समूह को कैप्चर करते हुए देखते हैं गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रइस झुरमुट में, गुरुत्वाकर्षण क्षमता वाले कुएं के तल पर आराम कर रही गर्म एक्स-रे गैस, और पृष्ठभूमि आकाशगंगाओं में से एक की एक एकाधिक छवि, अंधेरे प्रभामंडल की दृष्टि की रेखा में पकड़ी गई और इसके गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र द्वारा विकृत हो गई।

तालिका 1. मुख्य ब्रह्माण्ड संबंधी पैरामीटर

तालिका 1 खगोलीय अवलोकनों (10% सटीकता) से प्राप्त ब्रह्माण्ड संबंधी मापदंडों के औसत मूल्यों को दर्शाती है। जाहिर है, ब्रह्मांड में सभी प्रकार के कणों का कुल ऊर्जा घनत्व कुल महत्वपूर्ण घनत्व के 30% से अधिक नहीं है (न्यूट्रिनो का योगदान कुछ प्रतिशत से अधिक नहीं है)। शेष 70% ऐसे रूप में हैं जिन्होंने पदार्थ की गुरुत्वाकर्षण भीड़ में भाग नहीं लिया। केवल ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक या उसके सामान्यीकरण - नकारात्मक दबाव वाले एक माध्यम ($|\varepsilon + p|\ll\varepsilon $), जिसे "डार्क एनर्जी" कहा जाता है, में यह गुण होता है। उत्तरार्द्ध की प्रकृति का निर्धारण भौतिकी के विकास के लिए एक दीर्घकालिक संभावना है।

यह रिपोर्ट भौतिक ब्रह्मांड विज्ञान के मुद्दों के लिए समर्पित है, जिसका समाधान आने वाले वर्षों में होने की उम्मीद है। सबसे पहले, यह डार्क मैटर संरचनाओं के निर्माण के लिए प्रारंभिक स्थितियों के निर्धारण और स्वयं अज्ञात कणों की खोज से संबंधित है।

2. प्रारंभिक ब्रह्माण्ड और स्वर्गीय ब्रह्माण्ड

ब्रह्मांड की देखी गई संरचना प्रारंभिक स्थितियों और घनत्व गड़बड़ी क्षेत्र के विकास की संयुक्त कार्रवाई का परिणाम है। आधुनिक अवलोकन डेटा ने इसके विकास के विभिन्न युगों में घनत्व गड़बड़ी के क्षेत्र की विशेषताओं को निर्धारित करना संभव बना दिया है। इस प्रकार, के बारे में जानकारी को अलग करना संभव था प्रारंभिक शर्तेंऔर विकास की स्थितियों के बारे में, जिसने प्रारंभिक और अंतिम ब्रह्मांड के भौतिकी के एक स्वतंत्र अध्ययन की शुरुआत को चिह्नित किया।

आधुनिक ब्रह्मांड विज्ञान में "प्रारंभिक ब्रह्मांड" शब्द का अर्थ त्वरित विस्तार का अंतिम चरण है जिसके बाद विकास के गर्म चरण में संक्रमण होता है। हम बिग बैंग के मापदंडों को नहीं जानते हैं, केवल ऊपरी प्रतिबंध हैं (धारा 3, संबंध (12) देखें)। हालाँकि, ब्रह्माण्ड संबंधी गड़बड़ी की उत्पत्ति का एक सुविकसित सिद्धांत है, जिसके अनुसार हम ब्रह्माण्ड संबंधी मापदंडों के मूल्यों के आधार पर पदार्थ के घनत्व और प्राथमिक गुरुत्वाकर्षण तरंगों में प्रारंभिक गड़बड़ी के स्पेक्ट्रा की गणना कर सकते हैं।
प्रारंभिक ब्रह्मांड के आम तौर पर स्वीकृत मॉडल की कमी का कारण बिग बैंग मुद्रास्फीति प्रतिमान की भविष्यवाणियों की स्थिरता में निहित है - उत्पन्न स्पेक्ट्रा की एक सपाट रूप से निकटता, ब्रह्माण्ड संबंधी गुरुत्वाकर्षण तरंगों के आयाम की सापेक्ष लघुता, दृश्य ब्रह्मांड की त्रि-आयामी यूक्लिडियनिटी, आदि - जिसे मॉडल मापदंडों की एक विस्तृत श्रेणी में प्राप्त किया जा सकता है। प्रारंभिक ब्रह्मांड के एक मॉडल के निर्माण के लिए सत्य का क्षण ब्रह्माण्ड संबंधी गुरुत्वाकर्षण तरंगों की खोज हो सकता है, जो तभी संभव लगता है जब अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष प्रयोग प्लैंक, जो 2008 में शुरू होने वाला है, सफल होता है।

स्वर्गीय ब्रह्मांड के बारे में हमारा ज्ञान बिल्कुल विपरीत है। हमारे पास एक काफी सटीक मॉडल है - हम पदार्थ की संरचना, संरचना के विकास के नियम, ब्रह्माण्ड संबंधी मापदंडों के मूल्यों को जानते हैं (तालिका 1 देखें), लेकिन साथ ही हमारे पास उत्पत्ति का आम तौर पर स्वीकृत सिद्धांत नहीं है। पदार्थ के घटकों का.

दृश्यमान ब्रह्मांड के ज्ञात गुण हमें गड़बड़ी सिद्धांत के ढांचे के भीतर इसकी ज्यामिति का वर्णन करने की अनुमति देते हैं। छोटा पैरामीटर ($10^(-5)$) ब्रह्माण्ड संबंधी गड़बड़ी का आयाम है।

शून्य क्रम पर, ब्रह्मांड फ्रीडमैनियन है और इसे समय के एक ही फ़ंक्शन द्वारा वर्णित किया गया है - स्केल फ़ैक्टर $a(t)$। पहला क्रम कुछ अधिक जटिल है. मीट्रिक की गड़बड़ी तीन स्वतंत्र मोडों का योग है - स्केलर $S(k)$, वेक्टर $V(k)$ और टेंसर $T(k)$, जिनमें से प्रत्येक की विशेषता तरंग संख्या $ के अपने स्वयं के वर्णक्रमीय फ़ंक्शन द्वारा होती है क$. स्केलर मोड ब्रह्माण्ड संबंधी घनत्व गड़बड़ी का वर्णन करता है, वेक्टर मोड पदार्थ की भंवर गति के लिए जिम्मेदार है, और टेंसर मोड गुरुत्वाकर्षण तरंगें है। इस प्रकार, संपूर्ण ज्यामिति को चार फ़ंक्शनों का उपयोग करके वर्णित किया गया है: $a(t),~ S(k),~ V(k)$ और $T(k)$, जिनमें से आज हम केवल पहले दो को जानते हैं (कुछ डोमेन में) परिभाषा का ).

बिग बैंग तीव्र, तेजी से बदलते गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के साथ तेजी से विस्तार की एक विनाशकारी प्रक्रिया थी। ब्रह्माण्ड संबंधी विस्तार के दौरान, मीट्रिक गड़बड़ी स्वचालित रूप से वैक्यूम उतार-चढ़ाव से पैरामीट्रिक तरीके से पैदा हुई थी, जैसे स्वतंत्रता की कोई भी द्रव्यमानहीन डिग्री बाहरी वैकल्पिक क्षेत्र के प्रभाव में पैदा होती है। अवलोकन संबंधी डेटा का विश्लेषण बीज गड़बड़ी के जन्म के लिए एक क्वांटम-गुरुत्वाकर्षण तंत्र को इंगित करता है। इस प्रकार, ब्रह्मांड की बड़े पैमाने की संरचना क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत में मापनीयता की समस्या के समाधान का एक उदाहरण है।

आइए हम उत्पन्न अशांति क्षेत्रों के मुख्य गुणों पर ध्यान दें: गाऊसी आँकड़े ( यादृच्छिक वितरणअंतरिक्ष में), एक विशिष्ट समय चरण (विक्षोभ की "बढ़ती" शाखा), तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला में एक विशिष्ट पैमाने की अनुपस्थिति, गुरुत्वाकर्षण तरंगों का गैर-शून्य आयाम। उत्तरार्द्ध प्रारंभिक ब्रह्मांड के एक मॉडल के निर्माण के लिए महत्वपूर्ण है, क्योंकि, पृष्ठभूमि मीट्रिक के साथ सबसे सरल संबंध होने पर, गुरुत्वाकर्षण तरंगें बिग बैंग के ऊर्जा पैमाने के बारे में सीधी जानकारी ले जाती हैं।

विक्षोभ के अदिश मोड के विकास के परिणामस्वरूप, आकाशगंगाओं और अन्य खगोलीय पिंडों का निर्माण हुआ। एक महत्वपूर्ण उपलब्धि हाल के वर्ष(डब्लूएमएपी (विल्किंसन माइक्रोवेव अनिसोट्रॉपी प्रोब) प्रयोग) ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण के अनिसोट्रॉपी और ध्रुवीकरण के बारे में हमारे ज्ञान का एक महत्वपूर्ण शोधन बन गया, जो ब्रह्मांड संबंधी गड़बड़ी के सभी तीन तरीकों के प्रभाव के परिणामस्वरूप आकाशगंगाओं की उपस्थिति से बहुत पहले उत्पन्न हुआ था। फोटॉन वितरण पर.

आकाशगंगाओं के वितरण और ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण की अनिसोट्रॉपी पर अवलोकन डेटा के संयुक्त विश्लेषण ने प्रारंभिक स्थितियों और विकास को अलग करना संभव बना दिया। इस शर्त का उपयोग करते हुए कि $S+V+T\लगभग 10^(-10)$ का योग ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण की अनिसोट्रॉपी द्वारा तय किया गया है, हम गड़बड़ी के भंवर और टेंसर मोड के योग पर एक ऊपरी सीमा प्राप्त कर सकते हैं ब्रह्मांड (उनका पता लगाना केवल अवलोकनों की सटीकता में वृद्धि के साथ ही संभव है):
$$\frac(V+T)(S) यदि असमानता (1) का उल्लंघन किया गया, तो घनत्व गड़बड़ी का परिमाण प्रेक्षित संरचना बनाने के लिए अपर्याप्त होगा।

3. प्रारंभ में ध्वनि थी...

द्रव्यमान रहित क्षेत्रों के क्वांटम-गुरुत्वाकर्षण निर्माण के प्रभाव का अच्छी तरह से अध्ययन किया गया है। इस प्रकार पदार्थ के कणों का जन्म हो सकता है (उदाहरण के लिए देखें) (हालाँकि, विशेष रूप से, प्रारंभिक ब्रह्मांड में प्रोटोमैटर के क्षय के परिणामस्वरूप फोटॉन उत्पन्न हुए थे)। इसी प्रकार, गुरुत्वाकर्षण तरंगों और घनत्व गड़बड़ी की उत्पत्ति होती है, क्योंकि ये क्षेत्र भी द्रव्यमान रहित होते हैं और इनका जन्म दहलीज द्वारा निषिद्ध नहीं होता है ऊर्जा की स्थिति. भंवर विक्षोभ उत्पन्न करने की समस्या अभी भी अपने शोधकर्ताओं की प्रतीक्षा कर रही है।

फ्रीडमैन यूनिवर्स में गड़बड़ी के $S$- और $T$-मोड का सिद्धांत एक बाहरी पैरामीट्रिक क्षेत्र ($\alpha(\eta) में स्थित स्वतंत्र ऑसिलेटर्स $q_k(\eta)$ की क्वांटम यांत्रिक समस्या में बदल गया है। $) मिन्कोव्स्की दुनिया में समय समन्वय के साथ $\eta=\int dt/a$। प्राथमिक ऑसिलेटरों की क्रिया और लैग्रेंजियन उनकी स्थानिक आवृत्ति $k \in (0, \infty)$ पर निर्भर करती है:
$$S_k = \int L_kd\eta,~\;\;\;L_k=\frac(\alpha^2)(2k^3)(q'^2-\omega^2q^2)~\;\; \;\;\;\;\;\;\; (2)$$
जहां प्राइम समय व्युत्पन्न $\eta$ को दर्शाता है, $\omega=\beta$ ऑसिलेटर की आवृत्ति है, $\beta$ निर्वात में प्रकाश की गति की इकाइयों में गड़बड़ी के प्रसार की गति है (इसके बाद $c =\hbar =1$, सूचकांक फ़ील्ड $k$ छोड़ा गया है); $T$-मोड के मामले में $q = q_T$ मीट्रिक टेंसर का अनुप्रस्थ ट्रेसलेस घटक है,
$$\alpha^2_T=\frac(a^2)(8\pi G)~\;\;\;\beta=1, ~\;\;\;\;\;\;\;\;\ ; (3)$$
और $S$-मोड के मामले में $q = q_s$ अनुदैर्ध्य गुरुत्वाकर्षण क्षमता (स्केल फैक्टर की गड़बड़ी) और माध्यम की 3-वेग क्षमता का एक रैखिक सुपरपोजिशन है, जिसे हबल पैरामीटर से गुणा किया जाता है,
$$\alpha^2_S=\frac(a^2\gamma)(4\pi G\beta^2),\;\;\gamma=\frac(\dot(H))(H^2),\ ;\;H=\frac(\dot(a))(a),~\;\;\;\;\;\;\;\;\; (4)$$
डॉट का अर्थ समय $t$ के संबंध में व्युत्पन्न है।

जैसा कि (3) से देखा जा सकता है, फ़ील्ड $q_T$ मौलिक है, क्योंकि यह पृष्ठभूमि मीट्रिक से न्यूनतम रूप से संबंधित है और पदार्थ के गुणों पर निर्भर नहीं करता है (सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत में, गुरुत्वाकर्षण तरंगों के प्रसार की गति प्रकाश की गति के बराबर है)। जहाँ तक $q_S$ का सवाल है, बाहरी क्षेत्र (4) के साथ इसका संबंध अधिक जटिल है: इसमें स्केल फैक्टर के डेरिवेटिव और पदार्थ की कुछ विशेषताएं (उदाहरण के लिए, माध्यम में गड़बड़ी के प्रसार की गति) दोनों शामिल हैं। हम प्रारंभिक ब्रह्मांड में प्रोटोमैटर के बारे में कुछ भी नहीं जानते हैं - इस मुद्दे पर केवल सामान्य दृष्टिकोण हैं।
ऊर्जा घनत्व $\epsilon$, दबाव $p$ और पदार्थ के 4-वेग $u^\mu$ के आधार पर ऊर्जा-संवेग टेंसर वाला एक आदर्श माध्यम आमतौर पर माना जाता है। $S$-मोड के लिए, 4-वेग संभावित है और इसे 4-स्केलर $\phi$ के ग्रेडिएंट के रूप में दर्शाया जा सकता है:
$$T_(\mu\nu)=(\epsilon + p)u_\mu u_\nu-pg_(\mu\nu),\;\;u_\mu=\frac(\phi_(,\mu)) (w),~\;\;\;\;\;\;\;\;\; (5)$$
जहां $w^2=\phi_(,\mu)\phi_(,\nu) g^(\mu\nu)$ सामान्यीकरण फ़ंक्शन है, सबस्क्रिप्ट अल्पविराम का अर्थ निर्देशांक के संबंध में व्युत्पन्न है। ध्वनि की गति को पदार्थ के दबाव और ऊर्जा घनत्व में होने वाली गड़बड़ी के बीच आनुपातिकता के गुणांक के रूप में "स्थिति के समीकरण" का उपयोग करके निर्दिष्ट किया जाता है:
$$\delta p_c=\beta^2\delta\epsilon_c,~\;\;\;\;\;\;\;\;\; (6)$$
जहां $\delta X_c\equiv\delta X – v\dot(X)$, $v\equiv\delta\phi /w$ माध्यम की 3-वेग क्षमता है।

गड़बड़ी सिद्धांत के रैखिक क्रम में, एक आदर्श माध्यम की अवधारणा क्षेत्र अवधारणा के बराबर है, जिसके अनुसार लैग्रेंजियन घनत्व, $L=L(w,\phi)$, सामग्री क्षेत्र $\phi$ को सौंपा गया है . क्षेत्र दृष्टिकोण में, उत्तेजना के प्रसार की गति समीकरण से पाई जाती है
$$\beta^(-2)=\frac(\partial\ln|\partial L/\partial w|)(\partial\ln|w|),~\;\;\;\;\;\; \;\;\; (7)$$
जो संबंध (6) से भी मेल खाता है। प्रारंभिक ब्रह्मांड के अधिकांश मॉडल मानते हैं कि $\beta\sim 1$ (विशेष रूप से विकिरण-प्रधान चरण में $\beta=1/\sqrt(3)$)।

प्राथमिक ऑसिलेटर्स के विकास का वर्णन क्लेन-गॉर्डन समीकरण द्वारा किया गया है
$$\bar(q)''+(\omega^2-U) \bar(q)=0,~\;\;\;\;\;\;\;\;\; (8)$$
कहाँ
$$\bar(q)\equiv\alpha q,\;\;U\equiv\frac(\alpha "")(\alpha),~\;\;\;\;\;\;\;\; \; (9)$$
समीकरण (8) के समाधान में व्यवहार की दो स्पर्शोन्मुख शाखाएँ हैं: रुद्धोष्म ($\omega^2>U$), जब थरथरानवाला मुक्त दोलन मोड में होता है और इसका उत्तेजना आयाम कम हो जाता है ($|q|\sim(\alpha) \sqrt(\beta ))^(-1)$), और पैरामीट्रिक ($\omega^2

मात्रात्मक रूप से, उत्पन्न गड़बड़ी का स्पेक्ट्रा ऑसिलेटर्स की प्रारंभिक स्थिति पर निर्भर करता है:
$$T\equiv 2\langel q_T^2\rangel,\;\;\;S\equiv\langel q_S^2\rangel,~\;\;\;\;\;\;\;\;\; (10)$$
टेंसर मोड के लिए अभिव्यक्ति में गुणांक 2 गुरुत्वाकर्षण तरंगों के दो ध्रुवीकरणों को ध्यान में रखता है। $\langel\rangel$ स्थिति को मुख्य माना जाता है, अर्थात। ऑसिलेटर के प्रारंभिक उत्तेजना के न्यूनतम स्तर के अनुरूप। यह बिग बैंग सिद्धांत की मुख्य परिकल्पना है। रुद्धोष्म क्षेत्र की उपस्थिति में, प्राथमिक ऑसिलेटर्स की जमीनी (वैक्यूम) स्थिति अद्वितीय होती है।
इस प्रकार, यह मानते हुए कि फ़ंक्शन U समय और $\beta\sim 1$ के साथ बढ़ता है, हम सार्वभौमिक प्राप्त करते हैं समग्र परिणामस्पेक्ट्रा $T(k)$ और $S(k)$ के लिए:
$$T\लगभग\frac((1-\गामा/2)H^2)(M_P^2),\;\;\;\frac(T)(S)\approx4\गामा~\;\;\ ;\;\;\;\;\;\; (11)$$
जहां $k=\sqrt(U)\लगभग aH$, और $M_p\equiv G^(-1/2)$ प्लैंक द्रव्यमान है। जैसा कि (11) से देखा जा सकता है, सिद्धांत रूप में, मोड $T$ के साथ मोड $S$ के संबंध में किसी भी तरह से भेदभाव नहीं किया जाता है। यह सब गड़बड़ी पैदा करने के युग में $\गामा$ कारक की भयावहता के बारे में है।
हमारे ब्रह्मांड में $T$-मोड की लघुता के देखे गए तथ्य से (धारा 2, संबंध (1) देखें), हम बिग बैंग के ऊर्जा पैमाने पर और $\गामा$ पैरामीटर पर एक ऊपरी सीमा प्राप्त करते हैं। प्रारंभिक ब्रह्मांड:
$$H अंतिम स्थिति का अर्थ है कि बिग बैंग प्रकृति में मुद्रास्फीतिकारी था ($\गामा हमारे पास सबसे महत्वपूर्ण चरण की जानकारी है: फ़ील्ड एक निश्चित चरण में पैदा होते हैं, केवल गड़बड़ी की बढ़ती शाखा को पैरामीट्रिक रूप से बढ़ाया जाता है। आइए इसका उपयोग करके इसे समझाएं प्रकीर्णन समस्या का उदाहरण, यह मानते हुए कि विकास के प्रारंभिक (एडियाबेटिक) और अंतिम (विकिरण-प्रधान, $a\propto n$) चरणों में $U = 0 $ (चित्र 2 देखें)।

चावल। 2. प्रकीर्णन समस्या के निरूपण में समीकरण (8) के समाधान का चित्रण

उपरोक्त प्रत्येक स्पर्शोन्मुखता के लिए, सामान्य समाधान का रूप है
$$\bar(q)=C_1\sin\omega\eta+C_2\cos\omega\eta,~\;\;\;\;\;\;\;\;\; (13)$$
जहां ऑपरेटर $C_(1,2)$ विकास की "बढ़ती" और "गिरती" शाखाओं के आयाम निर्दिष्ट करते हैं। निर्वात अवस्था में, क्षेत्र का प्रारंभिक समय चरण मनमाना होता है: $\langel|C_1^((in))|\rangle=\langel|C_2^((in))|\rangel$. हालाँकि, विकास समीकरणों को हल करने के परिणामस्वरूप, यह पता चलता है कि विकिरण-प्रधान चरण में, केवल ध्वनि गड़बड़ी की बढ़ती शाखा ही लाभदायक रहती है: $\langel|C_1^((out))|\rangel\gg\langel |C_2^((बाहर))| पुनर्संयोजन युग में जब विकिरण पदार्थ से अलग हो जाता है, तब तक विकिरण स्पेक्ट्रम चरण $k=n\pi\sqrt(3)/\eta_(rec)$ के साथ संशोधित हो जाता है, जहां $n$ एक प्राकृतिक संख्या है।

चावल। 3. ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण के अनिसोट्रॉपी स्पेक्ट्रम में ध्वनि मॉड्यूलेशन की अभिव्यक्ति। (प्रयोगों के अनुसार WMAP, ACBAR (आर्कमिन्यूट कॉस्मोलॉजी बोलोमीटर ऐरे रिसीवर), बूमरैंग (मिलीमेट्रिक एक्स्ट्रागैलेक्टिक रेडिएशन और जियोफिजिक्स के बैलोन ऑब्जर्वेशन), CBI (कॉस्मिक बैकग्राउंड इमेजर), VSA (वेरी स्माल ऐरे)।)

यह ध्वनिक दोलन हैं जो ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण (चित्र 3, बड़ा शिखर $n = 1$ से मेल खाता है) और घनत्व गड़बड़ी के अनिसोट्रॉपी स्पेक्ट्रा में देखे जाते हैं, जो $S$ की क्वांटम-गुरुत्वाकर्षण उत्पत्ति की पुष्टि करता है। तरीका। घनत्व गड़बड़ी के स्पेक्ट्रम में, पदार्थ के कुल घनत्व के सापेक्ष बैरियन के छोटे अंश द्वारा ध्वनि मॉड्यूलेशन को दबा दिया जाता है, जिससे इस अंश को अन्य ब्रह्माण्ड संबंधी परीक्षणों से स्वतंत्र रूप से ढूंढना संभव हो जाता है। दोलन पैमाना स्वयं एक मानक शासक के उदाहरण के रूप में कार्य करता है जिसके द्वारा ब्रह्मांड के सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर निर्धारित किए जाते हैं। इस संबंध में, इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि अवलोकन डेटा में ब्रह्माण्ड संबंधी मापदंडों के पतन की समस्या की गंभीरता, कई वर्षों के लिएजिसने ब्रह्मांड के वास्तविक मॉडल के निर्माण को रोका था, अब स्वतंत्र और पूरक अवलोकन परीक्षणों की प्रचुरता के कारण हटा दिया गया है।

संक्षेप में, हम बता सकते हैं कि प्रारंभिक ब्रह्माण्ड संबंधी गड़बड़ी और ब्रह्मांड की बड़े पैमाने की संरचना के गठन की समस्या आज सैद्धांतिक रूप से हल हो गई है। प्रारंभिक ब्रह्मांड में गड़बड़ी की क्वांटम-गुरुत्वाकर्षण उत्पत्ति के सिद्धांत को $T$-मोड की खोज के बाद अंतिम पुष्टि मिलेगी, जो निकट भविष्य में हो सकती है। इसलिए, सबसे सरल मॉडलबिग बैंग (विशाल स्केलर क्षेत्र पर पावर-लॉ मुद्रास्फीति) भविष्यवाणी करता है कि $T$-मोड आयाम $S$-मोड आयाम से केवल 5 गुना छोटा होगा। आधुनिक उपकरण और प्रौद्योगिकियाँ अनिसोट्रॉपी और ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण के ध्रुवीकरण के अवलोकन के आधार पर ऐसे छोटे संकेतों को पंजीकृत करने की समस्या को हल करना संभव बनाती हैं।

4. पदार्थ का स्याह पक्ष

पदार्थ की उत्पत्ति के बारे में कई परिकल्पनाएँ हैं, लेकिन उनमें से किसी की भी अभी तक पुष्टि नहीं हुई है। प्रत्यक्ष अवलोकन संबंधी संकेत हैं कि डार्क मैटर का रहस्य ब्रह्मांड की बेरियोन विषमता से निकटता से जुड़ा हुआ है। हालाँकि, आज बेरियोन असममिति और डार्क मैटर की उत्पत्ति का कोई आम तौर पर स्वीकृत सिद्धांत नहीं है।

डार्क मैटर कहाँ स्थित है?

हम जानते हैं कि पदार्थ का चमकदार घटक आकाशगंगाओं में एकत्रित तारों के रूप में देखा जाता है विभिन्न जन, और समूहों से एक्स-रे गैस के रूप में। हालाँकि, अधिकांश सामान्य पदार्थ (90% तक) कई इलेक्ट्रॉन वोल्ट के तापमान के साथ दुर्लभ अंतरिक्ष गैस के रूप में होते हैं, साथ ही MACHO (मैसिव कॉम्पैक्ट हेलो ऑब्जेक्ट) के रूप में होते हैं - के विकास के कॉम्पैक्ट अवशेष तारे और कम द्रव्यमान वाली वस्तुएँ। चूँकि इन संरचनाओं में आमतौर पर कम चमक होती है, इसलिए इन्हें "डार्क बेरियन" कहा जाता है।

चावल। 4. EROS प्रयोग के अनुसार MASNO में गैलेक्सी प्रभामंडल के द्रव्यमान के अंश की ऊपरी सीमा (फ्रेंच से - एक्सपीरियंस पोर ला रेचेर्चे डी "ओब्जेट्स सोम्ब्रेस)।

कई समूह (MASNO, EROS, आदि) माइक्रोलेंसिंग घटनाओं के आधार पर हमारी आकाशगंगा के प्रभामंडल में कॉम्पैक्ट अंधेरे वस्तुओं की संख्या और वितरण का अध्ययन कर रहे हैं। संयुक्त विश्लेषण के परिणामस्वरूप, एक महत्वपूर्ण सीमा प्राप्त हुई - कुल प्रभामंडल द्रव्यमान का 20% से अधिक चंद्रमा के द्रव्यमान से लेकर तारों के द्रव्यमान तक के मानों की सीमा में MACNO में केंद्रित नहीं है (चित्र 4)। ). प्रभामंडल में शेष काले पदार्थ अज्ञात प्रकृति के कणों से बने होते हैं।

नॉनबायोनिक डार्क मैटर और कहाँ छिपा है?

20वीं सदी के अवलोकन संबंधी खगोल विज्ञान में उच्च प्रौद्योगिकियों के विकास ने इस प्रश्न का स्पष्ट उत्तर प्राप्त करना संभव बना दिया: गैर-बैरियोनिक डार्क मैटर गुरुत्वाकर्षण से बंधे सिस्टम (हेलोस) में पाया जाता है। डार्क मैटर के कण गैर-सापेक्षवादी होते हैं और कमजोर रूप से परस्पर क्रिया करते हैं - उनकी विघटनकारी प्रक्रियाएँ बेरिऑन की तरह आगे नहीं बढ़ती हैं। बैरियन्स विकिरणात्मक रूप से ठंडे होते हैं, स्थिर होते हैं और प्रभामंडल के केंद्रों में जमा होते हैं, और घूर्णी संतुलन तक पहुंचते हैं। डार्क मैटर लगभग 200 kpc के विशिष्ट पैमाने पर आकाशगंगाओं के दृश्यमान पदार्थ के चारों ओर वितरित रहता है। इस प्रकार, स्थानीय समूह में, जिसमें एंड्रोमेडा नेबुला और शामिल हैं आकाशगंगा, आधे से अधिक डार्क मैटर इन दो बड़ी आकाशगंगाओं में केंद्रित है। कण भौतिकी के मानक मॉडल में आवश्यक गुणों वाले कोई कण नहीं हैं। एक महत्वपूर्ण पैरामीटर जिसे तुल्यता सिद्धांत के कारण अवलोकनों से निर्धारित नहीं किया जा सकता है वह कण का द्रव्यमान है। मानक मॉडल के संभावित विस्तार के भीतर, कई उम्मीदवार डार्क मैटर कण हैं। मुख्य तालिका में सूचीबद्ध हैं। 2 उनके शेष द्रव्यमान के बढ़ते क्रम में।

तालिका 2. उम्मीदवार नॉनबायोनिक डार्क मैटर कण

उम्मीदवार

ग्रेविटॉन

"बाँझ" न्यूट्रिनो

दर्पण पदार्थ

विशाल कण

अतिविशाल कण

$10^(13)$ GeV

मोनोपोल और दोष

$10^(19)$ GeV

आदिकालीन ब्लैक होल

$(10^(-16)-10^(-17))M_(\odot)$

आज के विशाल कणों का मुख्य संस्करण - न्यूट्रलिनो परिकल्पना - न्यूनतम सुपरसिमेट्री से जुड़ा है। इस परिकल्पना का परीक्षण CERN के लार्ज हैड्रॉन एक्सेलेरेटर में किया जा सकता है, जिसे 2008 में लॉन्च किया जाना है। ऐसे कणों का अपेक्षित द्रव्यमान $\sim$ 100 GeV है, और हमारी आकाशगंगा में उनका घनत्व एक चाय के आयतन में एक कण के बराबर है। काँच।

दुनिया भर में कई प्रतिष्ठानों पर डार्क मैटर कणों की खोज की जा रही है। यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि न्यूट्रलिन परिकल्पना को लोचदार बिखरने पर भूमिगत प्रयोगों और गैलेक्सी में न्यूट्रलिनो के विनाश पर अप्रत्यक्ष डेटा दोनों में स्वतंत्र रूप से सत्यापित किया जा सकता है। अब तक, केवल DAMA परियोजना (DArk MAtter) के भूमिगत डिटेक्टरों में से एक में सकारात्मक प्रतिक्रिया प्राप्त हुई है, जहां कई वर्षों से "ग्रीष्म-सर्दी" प्रकार की अज्ञात उत्पत्ति का संकेत देखा गया है। हालाँकि, इस प्रयोग से जुड़े द्रव्यमान और क्रॉस सेक्शन की सीमा की अभी तक अन्य स्थापनाओं में पुष्टि नहीं की गई है, जो परिणाम की विश्वसनीयता और महत्व दोनों पर संदेह पैदा करती है।

न्यूट्रलिनो की एक महत्वपूर्ण संपत्ति गामा क्षेत्र में विनाशकारी प्रवाह द्वारा उनके अप्रत्यक्ष अवलोकन की संभावना है। पदानुक्रमित क्लस्टरिंग की प्रक्रिया में, ऐसे कण आकार के क्रम पर एक विशिष्ट आकार के साथ मिनी-हेलो बना सकते हैं सौर परिवारऔर पृथ्वी के द्रव्यमान के क्रम पर एक द्रव्यमान, जिसके अवशेष आज तक जीवित हैं। पृथ्वी स्वयं ऐसे मिनीहालो के अंदर हो सकती है, जहां कणों का घनत्व कई दसियों गुना बढ़ जाता है। इससे हमारी आकाशगंगा में डार्क मैटर का प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष दोनों तरह से पता लगाने की संभावना बढ़ जाती है। इस तरह की विभिन्न खोज विधियों का अस्तित्व आशावाद को प्रेरित करता है और हमें डार्क मैटर की भौतिक प्रकृति के त्वरित निर्धारण की आशा करने की अनुमति देता है।

5. नई भौतिकी की दहलीज पर

हमारे समय में, अवलोकन संबंधी खगोलीय डेटा का उपयोग करके प्रारंभिक ब्रह्मांड और देर से ब्रह्मांड के गुणों को स्वतंत्र रूप से निर्धारित करना संभव हो गया है। हम समझते हैं कि प्रारंभिक ब्रह्माण्ड संबंधी घनत्व की गड़बड़ी कैसे उत्पन्न हुई, जिससे ब्रह्मांड की संरचना विकसित हुई। हम ब्रह्मांड के मानक मॉडल के अंतर्निहित सबसे महत्वपूर्ण ब्रह्माण्ड संबंधी मापदंडों के मूल्यों को जानते हैं, जिसका आज कोई गंभीर प्रतिस्पर्धी नहीं है। हालाँकि, बिग बैंग की उत्पत्ति और पदार्थ के मुख्य घटकों के बारे में बुनियादी प्रश्न अनसुलझे हैं।

ब्रह्माण्ड संबंधी गड़बड़ी के टेंसर मोड का अवलोकन संबंधी निर्धारण प्रारंभिक ब्रह्मांड के एक मॉडल के निर्माण की कुंजी है। यहां हम एक सिद्धांत की स्पष्ट भविष्यवाणी के साथ काम कर रहे हैं जिसे $S$-मोड के मामले में अच्छी तरह से परीक्षण किया गया है और आने वाले वर्षों में $T$-मोड के प्रयोगात्मक सत्यापन की संभावना है।

सैद्धांतिक भौतिकी ने डार्क मैटर कणों की खोज के लिए संभावित दिशाओं और तरीकों की एक विस्तृत सूची प्रदान की है, लेकिन अब यह समाप्त हो चुकी है। अब प्रयोग करने का समय आ गया है। वर्तमान स्थिति महान खोजों से पहले की स्थिति की याद दिलाती है - क्वार्क, डब्ल्यू- और जेड-बोसोन, न्यूट्रिनो दोलन, अनिसोट्रॉपी और ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण के ध्रुवीकरण की खोज।

हालाँकि, एक प्रश्न उठता है, जो इस समीक्षा रिपोर्ट के दायरे से परे है: प्रकृति हमारे प्रति इतनी उदार क्यों है और हमें अपने रहस्यों को प्रकट करने की अनुमति क्यों देती है?

संदर्भ

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क्या हुआ? डार्क मैटर और डार्क एनर्जीब्रह्मांड: तस्वीरों के साथ अंतरिक्ष की संरचना, प्रतिशत में आयतन, वस्तुओं पर प्रभाव, अनुसंधान, ब्रह्मांड का विस्तार।

लगभग 80% स्थान ऐसी सामग्री द्वारा दर्शाया गया है जो प्रत्यक्ष अवलोकन से छिपी हुई है। इसके बारे में गहरे द्रव्य- ऐसा पदार्थ जो ऊर्जा या प्रकाश उत्पन्न नहीं करता। शोधकर्ताओं को कैसे एहसास हुआ कि यह प्रभावशाली था?

1950 के दशक में, वैज्ञानिकों ने अन्य आकाशगंगाओं का सक्रिय रूप से अध्ययन करना शुरू किया। विश्लेषण के दौरान उन्होंने देखा कि ब्रह्मांड भरा हुआ है एक लंबी संख्यासामग्री को "पर कैद किया जा सकता है" दृश्यमान आँख" डार्क मैटर के समर्थक हर दिन उभरे। हालाँकि इसके अस्तित्व का कोई प्रत्यक्ष प्रमाण नहीं था, फिर भी सिद्धांतों में वृद्धि हुई, साथ ही अवलोकन के लिए समाधान भी बढ़े।

जो पदार्थ हम देखते हैं उसे बैरोनिक पदार्थ कहते हैं। इसे प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों द्वारा दर्शाया जाता है। ऐसा माना जाता है कि डार्क मैटर बैरोनिक और नॉन-बेरोनिक पदार्थ को मिलाने में सक्षम है। ब्रह्मांड को अपनी सामान्य अखंडता में बने रहने के लिए, डार्क मैटर 80% की मात्रा में मौजूद होना चाहिए।

यदि इसमें बेरियोनिक पदार्थ शामिल है तो मायावी पदार्थ को ढूंढना अविश्वसनीय रूप से कठिन हो सकता है। उम्मीदवारों में भूरे और सफेद बौने, साथ ही न्यूट्रॉन तारे भी शामिल हैं। महाविशाल ब्लैक होल भी अंतर बढ़ा सकते हैं। लेकिन वैज्ञानिकों ने जो देखा उससे कहीं अधिक प्रभाव उन्होंने डाला होगा। ऐसे लोग भी हैं जो सोचते हैं कि डार्क मैटर में कुछ अधिक असामान्य और दुर्लभ चीज़ शामिल होनी चाहिए।

हबल टेलीस्कोप समग्र छवि आकाशगंगा क्लस्टर सीएल 0024+17 में काले पदार्थ की एक भूतिया अंगूठी दिखा रही है

अधिकांश वैज्ञानिक जगत का मानना ​​है कि अज्ञात पदार्थ का प्रतिनिधित्व मुख्य रूप से गैर-बैरियोनिक पदार्थ द्वारा किया जाता है। सबसे लोकप्रिय उम्मीदवार WIMPS (कमजोर रूप से बड़े पैमाने पर संपर्क करने वाले कण) है, जिसका द्रव्यमान एक प्रोटॉन से 10-100 गुना अधिक है। लेकिन सामान्य पदार्थ के साथ उनकी अंतःक्रिया बहुत कमजोर होती है, जिससे इसे ढूंढना अधिक कठिन हो जाता है।

न्यूट्रिनो, बड़े पैमाने पर काल्पनिक कण जो न्यूट्रिनो से द्रव्यमान में बड़े होते हैं, लेकिन उनकी धीमी गति की विशेषता होती है, अब बहुत सावधानी से जांच की जा रही है। वे अभी तक नहीं मिले हैं. जैसा संभावित विकल्पछोटे तटस्थ स्वयंसिद्ध और अक्षुण्ण फोटॉन को भी ध्यान में रखा जाता है।

दूसरी संभावना यह है कि गुरुत्वाकर्षण के बारे में ज्ञान पुराना हो चुका है और इसे अद्यतन करने की आवश्यकता है।

अदृश्य डार्क मैटर और डार्क एनर्जी

लेकिन अगर हमें कोई चीज़ दिखाई नहीं देती, तो हम कैसे साबित कर सकते हैं कि वह मौजूद है? और हमने यह निर्णय क्यों लिया कि डार्क मैटर और डार्क एनर्जी कुछ वास्तविक हैं?

बड़ी वस्तुओं के द्रव्यमान की गणना उनकी स्थानिक गति से की जाती है। 1950 के दशक में, सर्पिल आकाशगंगाओं को देखने वाले शोधकर्ताओं ने माना कि केंद्र के करीब की सामग्री दूर की सामग्री की तुलना में बहुत तेजी से आगे बढ़ेगी। लेकिन यह पता चला कि तारे एक ही गति से आगे बढ़ रहे थे, जिसका मतलब था कि उनका द्रव्यमान पहले की तुलना में बहुत अधिक था। अण्डाकार प्रकार में अध्ययन की गई गैस ने समान परिणाम दिखाए। वही निष्कर्ष स्वयं सुझाया गया: यदि हम केवल दृश्यमान द्रव्यमान द्वारा निर्देशित होते, तो आकाशगंगा समूह बहुत पहले ही ढह गए होते।

अल्बर्ट आइंस्टीन यह साबित करने में सक्षम थे कि बड़ी सार्वभौमिक वस्तुएं प्रकाश किरणों को मोड़ने और विकृत करने में सक्षम हैं। इससे उन्हें प्राकृतिक आवर्धक लेंस के रूप में उपयोग करने की अनुमति मिली। इस प्रक्रिया का अध्ययन करके वैज्ञानिक डार्क मैटर का एक मानचित्र बनाने में सक्षम हुए।

यह पता चला है कि हमारी दुनिया का अधिकांश भाग अभी भी मायावी पदार्थ द्वारा दर्शाया गया है। यदि आप वीडियो देखेंगे तो आप डार्क मैटर के बारे में और भी दिलचस्प बातें सीखेंगे।

गहरे द्रव्य

ब्रह्मांड के समग्र ऊर्जा संतुलन, छिपे हुए द्रव्यमान और डार्क मैटर कणों के सिद्धांत के बारे में भौतिक विज्ञानी दिमित्री काजाकोव:

अगर हम पदार्थ की बात करें तो प्रतिशत के मामले में डार्क मैटर निश्चित रूप से आगे है। लेकिन कुल मिलाकर इसमें हर चीज़ का केवल एक चौथाई हिस्सा ही लगता है। ब्रह्माण्ड प्रचुर मात्रा में है अँधेरी ऊर्जा.

तब से महा विस्फोटअंतरिक्ष में विस्तार की प्रक्रिया शुरू हुई जो आज भी जारी है। शोधकर्ताओं का मानना ​​था कि आख़िरकार प्रारंभिक ऊर्जा ख़त्म हो जाएगी और यह धीमी हो जाएगी। लेकिन दूर के सुपरनोवा दर्शाते हैं कि अंतरिक्ष रुकता नहीं है, बल्कि गति पकड़ता है। यह सब तभी संभव है जब ऊर्जा की मात्रा इतनी अधिक हो कि वह गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव पर काबू पा ले।

डार्क मैटर और डार्क एनर्जी: एक रहस्य की व्याख्या

हम जानते हैं कि ब्रह्माण्ड अधिकतर डार्क एनर्जी है। यह एक रहस्यमय शक्ति है जो ब्रह्मांड के विस्तार की दर को बढ़ाने के लिए अंतरिक्ष का कारण बनती है। एक अन्य रहस्यमय घटक डार्क मैटर है, जो गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से ही वस्तुओं से संपर्क बनाए रखता है।

वैज्ञानिक प्रत्यक्ष अवलोकन के माध्यम से डार्क मैटर को नहीं देख सकते हैं, लेकिन प्रभावों का अध्ययन किया जा सकता है। वे घुमावदार होकर प्रकाश को पकड़ने का प्रबंधन करते हैं गुरुत्वाकर्षण बलअदृश्य वस्तुएं (गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग)। वे उन क्षणों को भी देखते हैं जब तारा आकाशगंगा के चारों ओर अपनी अपेक्षा से कहीं अधिक तेजी से घूमता है।

यह सब भारी मात्रा में मायावी पदार्थ की उपस्थिति से समझाया गया है जो द्रव्यमान और गति को प्रभावित करता है। दरअसल, यह पदार्थ रहस्य से घिरा हुआ है। इससे पता चलता है कि शोधकर्ता यह नहीं कह सकते कि उनके सामने क्या है, बल्कि यह कह सकते हैं कि "यह" क्या नहीं है।

यह कोलाज नासा के हबल स्पेस टेलीस्कोप द्वारा ली गई छह अलग-अलग आकाशगंगा समूहों की छवियों को दिखाता है। आकाशगंगा समूहों में टकराव के दौरान काले पदार्थ के व्यवहार का अध्ययन करने के प्रयासों के दौरान समूहों की खोज की गई थी

डार्क मैटर... डार्क. यह प्रकाश उत्पन्न नहीं करता है और प्रत्यक्ष दृष्टि से देखने योग्य नहीं है। इसलिए, हम तारों और ग्रहों को बाहर रखते हैं।

यह साधारण पदार्थ के बादल की तरह कार्य नहीं करता (ऐसे कणों को बेरिऑन कहा जाता है)। यदि बैरियन डार्क मैटर में मौजूद थे, तो यह प्रत्यक्ष अवलोकन में दिखाई देगा।

हम ब्लैक होल को भी बाहर कर देते हैं, क्योंकि वे गुरुत्वाकर्षण लेंस के रूप में कार्य करते हैं जो प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। वैज्ञानिकों ने काले पदार्थ की मौजूद मात्रा की गणना करने के लिए पर्याप्त लेंसिंग घटनाओं का निरीक्षण नहीं किया है।

हालाँकि ब्रह्माण्ड एक विशाल स्थान है, इसकी शुरुआत सबसे छोटी संरचनाओं से हुई। ऐसा माना जाता है कि डार्क मैटर सामान्य पदार्थ के साथ "बिल्डिंग ब्लॉक्स" बनाने के लिए संघनित होने लगा, जिससे पहली आकाशगंगाओं और समूहों का निर्माण हुआ।

डार्क मैटर खोजने के लिए वैज्ञानिक विभिन्न तरीकों का उपयोग करते हैं:

  • बड़े हैड्रॉन कोलाइडर.
  • WNAP और प्लैंक अंतरिक्ष वेधशाला जैसे उपकरण।
  • प्रत्यक्ष दृश्य प्रयोग: ArDM, CDMS, Zeplin, XENON, WARP और ArDM।
  • अप्रत्यक्ष पहचान: गामा किरण डिटेक्टर (फर्मी), न्यूट्रिनो टेलीस्कोप (आइसक्यूब), एंटीमैटर डिटेक्टर (PAMELA), एक्स-रे और रेडियो सेंसर।

डार्क मैटर की खोज के तरीके

कणों, रेडियोधर्मिता और विनाश के निशानों की खोज के बीच कमजोर अंतःक्रिया पर भौतिक विज्ञानी एंटोन बाउशेव:

डार्क मैटर और डार्क एनर्जी के रहस्य को गहराई से जानना

वैज्ञानिक कभी भी डार्क मैटर को वस्तुतः नहीं देख पाए हैं, क्योंकि यह बैरोनिक पदार्थ से संपर्क नहीं करता है, जिसका अर्थ है कि यह प्रकाश और अन्य प्रकार के विद्युत चुम्बकीय विकिरण के लिए मायावी रहता है। लेकिन शोधकर्ता इसकी उपस्थिति को लेकर आश्वस्त हैं, क्योंकि वे आकाशगंगाओं और समूहों पर प्रभाव का निरीक्षण कर रहे हैं।

मानक भौतिकी कहती है कि सर्पिल आकाशगंगा के किनारों पर स्थित तारों की गति धीमी होनी चाहिए। लेकिन यह पता चला है कि तारे दिखाई देते हैं जिनकी गति केंद्र के संबंध में स्थान के सिद्धांत का पालन नहीं करती है। इसे केवल इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि तारे आकाशगंगा के चारों ओर के प्रभामंडल में अदृश्य काले पदार्थ के प्रभाव को महसूस करते हैं।

डार्क मैटर की उपस्थिति ब्रह्मांड की गहराई में देखे गए कुछ भ्रमों को भी समझ सकती है। उदाहरण के लिए, आकाशगंगाओं में प्रकाश के विचित्र छल्लों और चापों की उपस्थिति। अर्थात्, दूर की आकाशगंगाओं से प्रकाश विरूपण से होकर गुजरता है और काले पदार्थ की एक अदृश्य परत (गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग) द्वारा प्रवर्धित होता है।

डार्क मैटर क्या है इसके बारे में अभी तक हमारे पास कुछ विचार हैं। मुख्य विचार- ये विदेशी कण हैं जो सामान्य पदार्थ और प्रकाश के संपर्क में नहीं आते, लेकिन उनमें गुरुत्वाकर्षण की शक्ति होती है। अब कई समूह (कुछ लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर का उपयोग करके) प्रयोगशाला में अध्ययन करने के लिए डार्क मैटर कणों को बनाने पर काम कर रहे हैं।

अन्य लोग सोचते हैं कि प्रभाव को गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत के मौलिक संशोधन द्वारा समझाया जा सकता है। फिर हमें गुरुत्वाकर्षण के कई रूप मिलते हैं, जो सामान्य चित्र और भौतिकी द्वारा स्थापित नियमों से काफी भिन्न होते हैं।

विस्तारित ब्रह्मांड और डार्क एनर्जी

डार्क एनर्जी के साथ स्थिति और भी भ्रमित करने वाली है और 1990 के दशक में यह खोज अप्रत्याशित हो गई थी। भौतिकविदों ने हमेशा सोचा है कि गुरुत्वाकर्षण बल धीमा करने का काम करता है और एक दिन सार्वभौमिक विस्तार की प्रक्रिया को रोक सकता है। दो टीमों ने गति मापने का काम किया और दोनों ने आश्चर्यजनक रूप से त्वरण का पता लगाया। यह वैसा ही है जैसे आप एक सेब को हवा में फेंकते हैं और जानते हैं कि यह नीचे गिरेगा ही, लेकिन यह आपसे और भी दूर चला जाता है।

यह स्पष्ट हो गया कि त्वरण एक निश्चित बल से प्रभावित था। इसके अलावा, ऐसा लगता है कि ब्रह्मांड जितना व्यापक होगा, यह बल उतनी ही अधिक "शक्ति" प्राप्त करेगा। वैज्ञानिकों ने इसे डार्क एनर्जी कहने का निर्णय लिया।



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