Նախընտրելի
Մութ նյութը, որը կազմում է տիեզերքի զանգվածի մոտ 25%-ը, ժամանակակից տիեզերագիտության ամենահետաքրքիր առեղծվածներից է: Այն չի ճառագում և չի կլանում լույսը, բայց դրսևորվում է միայն գրավիտացիոն ազդեցությամբ: 2025 թվականի հուլիսի 7-ին «Journal of Cosmology and Astroparticle Physics» (JCAP) ամսագրում հրապարակված նոր հետազոտությունը առաջարկում է մութ նյութը ուսումնասիրելու անսպասելի միջոց՝ «մութ կարճեր» կոչվող հիպոթետիկ օբյեկտների միջոցով: Այս ենթաստղային մարմինները, որոնք ձևավորվում են շագանակագույն կարճերից, կարող են սնվել մութ նյութի անիհիլյացիայից ստացվող էներգիայով՝ դարձնելով դրանք մութ նյութի բնույթը բացահայտելու հնարավոր բանալիներ: Պատմում ենք, թե ինչպես մութ կարճերը կարող են փոխել տիեզերքի մասին մեր պատկերացումները և ինչու են դրանք կապված WIMP-երի (թույլ փոխազդող զանգվածեղ մասնիկներ) հետ:
Ի՞նչ են մութ կարճերը
Ինչպես նշում է space.com-ը, մութ կարճերը հիպոթետիկ օբյեկտներ են, որոնք, ըստ հետազոտության հեղինակների, շագանակագույն կարճեր են, որոնք «անցել են մութ կողմ»՝ մութ նյութի ազդեցությամբ: Շագանակագույն կարճերը, որոնք հաճախ անվանում «ձախողված աստղեր», ձևավորվում են գազի և փոշու ամպերից, ինչպես սովորական աստղերը, բայց չեն հավաքում բավարար զանգված (Արևի զանգվածի մոտ 8%-ը)՝ ջրածնի միջուկային սինթեզը մշտապես սկսելու համար: Արդյունքում նրանք արձակում են թույլ լույս՝ սահմանափակ միջուկային սինթեզի և գրավիտացիոն սեղմման հաշվին:
Սակայն մութ նյութի բարձր խտությամբ տարածքներում, օրինակ՝ գալակտիկաների կենտրոններում, շագանակագույն կարճերը կարող են իրենց գրավիտացիայով գրավել մութ նյութի մասնիկներ: Եթե մութ նյութը բաղկացած է WIMP-երից՝ զանգվածեղ մասնիկներից, որոնք թույլ են փոխազդում սովորական նյութի հետ, այդ մասնիկները կարող են կուտակվել կարճի միջուկում և անիհիլյացվել՝ արձակելով էներգիա: Այդ էներգիան տաքացնում է օբյեկտը՝ վերածելով այն մութ կարճի, որը ավելի պայծառ է լուսում և ավելի մեծ է, քան սովորական շագանակագույն կարճը:
«Մութ նյութը գրավիտացիոն կերպով փոխազդում է, ուստի կարող է գրավվել աստղերի կողմից և կուտակվել նրանց ներսում: Եթե դա տեղի է ունենում, այն կարող է փոխազդել իր հետ և անիհիլյացվել՝ արձակելով էներգիա, որը տաքացնում է աստղը», - բացատրել է Ջերեմի Սաքսթեյնը՝ Հավայիի համալսարանի ֆիզիկայի պրոֆեսոր և հետազոտության համահեղինակ:
Ինչու՞ են մութ կարճերը կարևոր
Մութ կարճերը կարող են դառնալ «տիեզերական դետեկտորներ» մութ նյութն ուսումնասիրելու համար, քանի որ նրանց գոյությունը կախված է մութ նյութի բնույթից: Մութ նյութի թեկնածուների թվում են ակսիոնները, ստերիլ նեյտրինոները և սկզբնական սև խոռոչները, բայց միայն WIMP-երը կամ նմանատիպ ծանր մասնիկները, որոնք ընդունակ են ինքնաանիհիլյացիայի, կարող են սնուցել մութ կարճերը:
- Այլ թեկնածուների բացառում. Թեթև մասնիկները, ինչպիսիք են ակսիոնները, չեն կուտակվում աստղերի ներսում և չեն կարող ստեղծել մութ կարճեր: «Թեթև թեկնածուների դեպքում, ինչպիսիք են ակսիոնները, ես չեմ կարծում, որ հնարավոր է ստանալ մութ կարճի նման մի բան: Նրանք չեն կուտակվում աստղերի ներսում», - նշել է Սաքսթեյնը:
- WIMP-երի հաստատում. Մութ կարճի հայտնաբերումը կդառնար «հզոր ապացույց», որ մութ նյութը բաղկացած է ծանր մասնիկներից, որոնք ուժեղ փոխազդում են միմյանց հետ, բայց թույլ՝ սովորական նյութի հետ: Սա համապատասխանում է WIMP-երի բնութագրերին, թեև կարող են գոյություն ունենալ նաև այլ էկզոտիկ մոդելներ:
- Գալակտիկայի կենտրոնը՝ որպես իդեալական վայր. Մութ նյութը ամենախիտ է գալակտիկաների կենտրոններում, ինչպիսին է Կաթնային ճանապարհը: «Որքան շատ է մութ նյութը շուրջը, այնքան ավելի շատ կարելի է գրավել: Եվ որքան շատ է մութ նյութը աստղի ներսում, այնքան ավելի շատ էներգիա է արձակվում նրա անիհիլյացիայի ժամանակ», - ավելացրել է Սաքսթեյնը:
Եթե մութ կարճերը գոյություն ունեն, դրանց հայտնաբերումը կարող է բացառել ոչ ինքնափոխազդող կամ թեթև թեկնածուները՝ նեղացնելով մութ նյութի որոնման շրջանակը:
Ինչպե՞ս գտնել մութ կարճեր
Մութ կարճերի հիմնական առանձնահատկությունը նրանց քիմիական կազմն է, մասնավորապես՝ լիթիում-7-ի առկայությունը: Սովորական աստղերում և շագանակագույն կարճերում լիթիում-7-ը արագ այրվում է միջուկային ռեակցիաներում, բայց մութ կարճերում, որոնք սնվում են մութ նյութի անիհիլյացիայով, այն պահպանվում է, քանի որ միջուկային ռեակցիաները նվազագույն են:
«Մենք առաջարկել ենք լիթիում-7-ը, քանի որ դա իսկապես յուրահատուկ նշիչ է: Եթե գտնեք մութ կարճի նման օբյեկտ, կարող եք ստուգել այդ իզոտոպի առկայությունը, որը չի լինի սովորական շագանակագույն կարճում կամ աստղում», - ասել է Սաքսթեյնը:
Մութ կարճեր գտնելու համար գիտնականները առաջարկում են երկու մոտեցում.
- Ուղղակի դիտարկում. Ջեյմս Ուեբի տիեզերական աստղադիտակը (JWST) իր ինֆրակարմիր հնարավորություններով կարող է հայտնաբերել սառը և մթագնած օբյեկտներ, ինչպիսիք են մութ կարճերը, Կաթնային ճանապարհի կենտրոնում: Նրանց սպեկտրները կարելի է վերլուծել՝ լիթիում-7-ի առկայությունը ստուգելու համար:
- Վիճակագրական վերլուծություն. Գալակտիկայի կենտրոնում օբյեկտների խմբի ուսումնասիրությունը կարող է բացահայտել անոմալիաներ, որոնք ցույց են տալիս մութ կարճերի խմբի առկայությունը: «Կարելի է նայել օբյեկտների ամբողջ խմբին և վիճակագրորեն որոշել, արդյոք այն ավելի լավ է բացատրվում մութ կարճերի խմբի առկայությամբ», - բացատրել է Սաքսթեյնը:
Կապը նախկին հետազոտությունների հետ
Մութ կարճերի գաղափարը համահունչ է 2007 թվականին Քեթրին Ֆրիզի և նրա գործընկերների առաջարկած «մութ աստղերի» գաղափարին: Մութ աստղերը զանգվածեղ օբյեկտներ են (մինչև 10 միլիոն Արևի զանգված), որոնք գոյություն են ունեցել վաղ տիեզերքում և սնվել են WIMP-երի անիհիլյացիայով: 2023 թվականին JWST-ը հայտնաբերել է մութ աստղերի երեք թեկնածու (JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0, JADES-GS-z11-0)՝ բարձր կարմիր շեղումով, որոնք ի սկզբանե համարվել են գալակտիկաներ: Նրանց պայծառությունն ու սպեկտրային բնութագրերը ցույց են տալիս մութ նյութով սնվելու հնարավորություն:
Մութ կարճերը տարբերվում են ավելի փոքր զանգվածով և ձևավորվում են ժամանակակից գալակտիկաներում, այլ ոչ թե վաղ տիեզերքում: Սակայն երկու տեսակի օբյեկտներն էլ ենթադրում են, որ մութ նյութը, օրինակ՝ WIMP-երը, կարող է էներգիա արձակել անիհիլյացիայի միջոցով՝ ազդելով աստղերի էվոլյուցիայի վրա:
Նշանակությունը տիեզերագիտության համար
Մութ կարճերի հայտնաբերումը կունենար հեռու գնացող հետևանքներ.
- Մութ նյութի բնույթի հաստատում. Դա կդառնար հզոր փաստարկ WIMP-երի կամ նմանատիպ ծանր մասնիկների օգտին՝ բացառելով թեթև թեկնածուներ, ինչպիսիք են ակսիոնները:
- Գալակտիկաների ձևավորման հասկացում. Մութ կարճերը կարող են ազդել աստղերի ձևավորման մոդելների վրա մութ նյութի բարձր խտությամբ տարածքներում, օրինակ՝ Կաթնային ճանապարհի կենտրոնում:
- Դիտարկումների նոր մեթոդներ. JWST-ի և ապագա աստղադիտակների, օրինակ՝ Նենսի Գրեյս Ռոման տիեզերական աստղադիտակի օգտագործումը կբացի մութ կարճեր փնտրելու նոր հնարավորություններ՝ նրանց յուրահատուկ սպեկտրների միջոցով:
«Մութ կարճի հայտնաբերումը վերջնական պատասխան չի տա, որ մութ նյութը WIMP-եր են, բայց կցույց տա, որ այն կա՛մ WIMP-եր են, կա՛մ վարվում է WIMP-երի նման», - եզրակացրել է Սաքսթեյնը:
Մարտահրավերներ և հեռանկարներ
Չնայած հեռանկարային լինելուն, մութ կարճերի վարկածը բախվում է մարտահրավերների.
- Հայտնաբերման դժվարություն. Մութ կարճերը մթագնած և սառն են, ինչը պահանջում է բարձր զգայունությամբ աստղադիտակներ, ինչպիսին է JWST-ը:
- Նշանների երկիմաստություն. Լիթիում-7-ը հզոր նշիչ է, բայց նրա առկայությունը կարող է կապված լինել այլ աստղաֆիզիկական գործընթացների հետ, ինչը պահանջում է մանրակրկիտ ստուգում:
- WIMP-երի մոդելից կախվածություն. Եթե մութ նյութը WIMP-եր չեն, մութ կարճերը կարող են գոյություն չունենալ, ինչը սահմանափակում է վարկածի կիրառելիությունը:
Ապագայում հետազոտողները ծրագրում են օգտագործել JWST-ը՝ գալակտիկաների կենտրոններում օբյեկտների սպեկտրները ավելի մանրամասն վերլուծելու համար, ինչպես նաև մշակել մեքենայական ուսուցման ալգորիթմներ՝ աստղերի խմբերում անոմալիաներ փնտրելու համար:
Եզրակացություն
«Journal of Cosmology and Astroparticle Physics»-ում հրապարակված հետազոտությամբ առաջարկված մութ կարճերը մութ նյութն ուսումնասիրելու նոր միջոց են: Այս հիպոթետիկ օբյեկտները, որոնք ձևավորվում են շագանակագույն կարճերից մութ նյութի բարձր խտությամբ տարածքներում, կարող են լուսել WIMP-երի անիհիլյացիայի շնորհիվ, իսկ նրանց յուրահատուկ նշիչը՝ լիթիում-7-ը, հասանելի է դարձնում դրանք JWST-ի դիտարկումների համար: Մութ կարճերի հայտնաբերումը կդառնար առաջընթաց՝ հաստատելով, որ մութ նյութը բաղկացած է ծանր մասնիկներից, ինչպիսիք են WIMP-երը, և կբացեր տիեզերագիտության նոր էջ: Թեև սա դեռ վարկած է, այն առաջարկում է կոնկրետ ուղի՝ տիեզերքի մեծագույն առեղծվածներից մեկը բացահայտելու համար:
