04 юли 2022
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Има ли връзка между барионната асиметрия и първичните черни дупки?

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 18 февруари 2022 в 00:01 25610
Еволюцията на Вселената, включително първичните черни дупки. Кредит: ESA

Проучванията показват, че общото количество тъмна материя във Вселената днес е приблизително пет пъти по-голямо от това на обикновената материя, наричана още барионна. Причините за този значително по-висок дял на тъмната материя обаче остават неясни. Този изследователски въпрос без отговор е известен като проблем на космическия шанс.

Всъщност две съдбоносни асиметрии вълнуват физиците, които сякаш са съвсем отделни неща:

  1. 85% от цялата материя във Вселената се състои от тъмна материя, останалото е обикновена (барионна) материя.
  2. Във Вселената има много повече материя от антиматерия (така наречената барионна асиметрия)

Големият въпрос е: свързани ли са помежду си?

Трима физици И-Пън У (Yi-Peng Wu), Елена Пинети (Elena Pinetti) и Джоузеф Силк (Joseph Silk) от Лаборатория по теоретична и физика на високите енергии (Laboratoire de Physique Théorique et Hautes Energies) и Сорбоната, Националната ускорителна лаборатория "Ферми" и Института по астрофизика, Париж, мислят така.

Това, което те разглеждат напоследък, ​​„проблемът на космическия шанс“ (Cosmic Coincidence Problem), който се върти около съотношенията на обикновената и тъмната материя, 15% срещу 85%. Макар че това е ясна разлика, тя не е повече от порядък. Защо не е 0,1% срещу 99,9% или дори по-голяма разлика? Защо се различават толкова малко? И също така да вземем тъмната енергия, загадъчната сила ускорено разширяваща Вселената, защо тя е само един порядък от обикновената енергия (70% от цялата енергия или ρde/ρdm∼O(1))? Защо всички тези сили сега са толкова близо една до друга (вижте илюстрацията по-долу).


Логаритмична графика на плътността на тъмната енергия и плътността на материята спрямо мащабния фактор на Вселената. Кредит:Wu, Pinetti & Silk.

Това е проблемът на космическия шанс, който е свързан с антропния принцип, който гласи, че нямаше да сме тук, ако отношенията във Вселената бяха нещо друго - ergo: съществува тясна връзка между нашето човечество и свойствата на Вселената. У, Пинети и Силк сега са се опитали да се справят с този проблем и в тяхната експертна статия, публикувана в Physical Review Letters, те откриват връзка между количеството тъмна материя във Вселената и бариогенезата, процесът в ранната Вселена, довел до барионна асиметрия.

Тримата изследователи смятат, че тъмната материя (отчасти) се състои от първични черни дупки (PBH - primordial black holes), които са черни дупки, възникнали в екстремни условия на най-ранната Вселена. Наблюденията на гравитационните вълни от LIGO и Virgo от 2015 г., показват, че в далечната ранна Вселена има звездни черни дупки, които са значително по-масивни от това, което предвиждат моделите. Първичните черни дупки могат да бъдат решение, те могат да бъдат много по-тежки от черните дупки, които възникват от еволюцията на масивни звезди.

Пример за корелационна функция между плътностите на барионите и първичните черни дупки. Кредит: Wu, Pinetti & Silk.

У, Пинети и Силк смятат, че тогава е възникнала определена форма на инфлация, която те наричат ултра-бавна инфлация, експанзия, която произвежда не само барионната асиметрия, но и първичните черни дупки.

По време на този конкретен период на инфлация една скаларна частица трябва да е служила като източник на енергия (бозонът на Хигс е вид скаларна частица) и тази частица е в основата както на барионите, така и на първичните черни дупки, така че има ясна връзка между двете (показани на илюстрацията по-горе), което обяснява проблема с космическия шанс.

Предишни изследвания показват, че Вселената не съдържа обикновена антиматерия. Това е така, защото тази обикновена антиматерия е унищожена с еднакво количество материя в първите дни на Вселената.

„Останалата материя образува звезди и галактики“, обяснява И-Пън У. „Протоните и неутроните, общо наричани бариони, и нетното барионно число определя количествено излишъка на обикновената материя (бариони) над антиматерията (антибариони)“.

В неотдавнашната си статия У, Пинети и Силк представят първата теория, която ясно изчислява корелационната функция между плътностите на барионите и тъмна материя, свързани с първичните черни дупки.

В бъдеще тяхната теория може да вдъхнови разработването на нови експериментални процедури и проекти, които могат да се използват за търсене на тъмна материя във Вселената.

Справка:

Cosmic Coincidences of Primordial-Black-Hole Dark Matter
Yi-Peng Wu, Elena Pinetti, and Joseph Silk
Phys. Rev. Lett. 128, 031102 – Published 20 January 2022

Източник: Theory shows baryogenesis requirement could drive the contribution of primordial black holes to dark matter
Ingrid Fadelli , Phys.org


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.