Од чега се прави тамна материја? То је једно од најупечатљивијих питања савремене астрономије. Знамо да је тамна материја тамо, јер можемо видети њен очигледан гравитациони утицај на све, од галаксија до еволуције целог универзума, али не знамо шта је. Наше најбоље претпоставимо да је реч о некој чудној новој честици која не жели да често разговара са нормалном материјом (иначе бисмо то већ видели). Једна могућност је да је то егзотична хипотетичка врста честица позната као аксион, а тим астронома не користи ништа друго него црне рупе да би покушали угледати у овај чудни нови космички створ.
Акион Агенда
Бићу искрен према вама, не знамо да ли постоје аксије. Они су изумљени да објасне загонетку у физици високе енергије. Постоји одређена симетрија у природи где, ако узмете неку случајну интеракцију која укључује много субатомских честица и искључите свачији електрични набој за супротни знак, а покренете и поступак у огледалу, добијете потпуно исти резултат. Ово је познато као симетрија наелектрисања и парности, или кратка ЦП-симетрија.
Ова симетрија постоји свуда у природи, осим када је нема, као у случају слабе нуклеарне силе, која је у стању да наруши ову симетрију кад год се пожели.
Рађа се да би по свим правима јака нуклеарна сила то такође требало прекршити. У математици постоје појмови који врло очигледно крше ЦП-симетрију, а ипак не видимо знаке кршења симетрије са јаком нуклеарном силом ни у једном нашем експерименту. Значи, нешто се мора догодити да се обнови та симетрија када би је требало разбити.
Одговор - или бар један потенцијални одговор - је нова врста честица која се зове аксион. Аксија враћа одређену равнотежу у сили (да, овде сам упознат са референцама о ратовима звезда) тако да је ЦП-симетрија сачувана и свако може да крене у свој свакодневни живот. Наравно, досадашњи експерименти нису директно открили постојање осовине, а постоји низ могућих маса и својстава која би аксонија могла имати.
Унутар тог распона могућих маса и својстава осовине догађа се нешто изванредно. Ако желимо да напунимо универзум тамном материјом, та тамна материја мора да има одређена својства. Не може често комуницирати са нормалном материјом, нити може често комуницирати сам са собом. Такође, мора бити пуно тога, а оно мора бити веома стабилно и дуговјечно. Испада да нека од распона могућих својстава аксиона омогућавају тој хипотетичкој честици кандидат за тамну материју.
Тхе Дарк Акионс
Ако акцију пустимо да буде тамна материја, она генерално може објаснити сва уобичајена опажања тамне материје. Може да објасни кривуље ротације унутар галаксија. Може да објасни кретања галаксија унутар галаксије. Може се произвести у довољном обиљу у раном Универзуму да стане на посматрања космичке микроталасне позадине. И тако даље.
Штавише, аксије у језграма галаксија могу се сложити довољно чврсто да формирају једну масивну куглу која би у почетку блистала као да је супермасивна црна рупа. Била би мала, не би комуницирала са светлошћу, и била би невероватно масивна. Док су нам недавна опажања са телескопа телескоп Хоризон дала буквалну слику џиновске црне рупе у другој галаксији, то не значи да нужно искључује да ове аксионске језгре још увек вребају у дубинама галаксија широм Универзума. И помоћу ових могућих језгара са аксионом можемо да решимо њихова својства.
Црне рупе су кључ
Осим телескопа Евент Хоризон, немамо директна запажања супермасивне црне рупе. Можемо видети само материјал који се врти и вири око њих. А из својстава тог материјала можемо проценити величину и масу црних рупа. Овим техникама током деценија открили смо врло чудан однос: масивне галаксије у својим центрима држе масивније црне рупе. Та веза је заправо релативно чврста и говори нам да су се црне рупе некако коеволуирале с њиховим галаксијама домаћинама.
Али као што рекох, не можемо директно посматрати црне рупе. Тако да они можда уопште нису црне рупе. То би могле бити аксонске језгре које се крију у центрима тих галаксија. Ако је то случај, није да су се црне рупе коеволуирале са њиховим галаксијама домаћинима, већ да су језгре аксиона коеволуирале са својим главним галаксијама. Што је већа галаксија, то ће више тамне материје која може да прими и веће језгро аксиона у средини.
То значи да можемо да користимо однос између централног мрачног објекта (било да је црна рупа или аксионско језгро) и саме галаксије да бисмо ограничили својства аксова. Ово функционише јер ако почнете да се играте с масом честица аксона, то утиче на то колико лако можете да се саставите и формирате језгро, што ће променити однос према галаксији домаћина.
Тим астронома недавно је искористио однос између црних рупа и галаксија да би то учинио управо тако, и били су у могућности да поставе неке горње границе масе честица аксона, што ће нам помоћи у будућим експериментима и директним претрагама. Да ли је аксонија одговорна за тамну материју у свемиру? Надамо се да ћемо једног дана моћи да расветлимо ситуацију.
Прочитајте још: „Аксионска језгра - хало маса и однос црне рупе и хало масе: ограничења на неколико скала парсека“
