Dar kartą apie dingusią tamsiąją materiją bei mokslinių tyrimų procesą

Prieš keletą savaičių pasakojau apie tyrimą, kurio metu gauta išvada, jog Saulės aplinkoje tamsiosios materijos yra labai mažai; gerokai mažiau, nei apskaičiuota remiantis teoriniais modeliais. Tada rašiau, kad tyrimo rezultatai prieštarauja įvairiems kitiems stebėjimams, taigi visai gali būti, kad paaiškės, jog mokslininkai į kažką neatsižvelgė. Vakar naujų astrofizikinių straipsnių duombazėje astro-ph radau straipsnį, kuriame būtent tai ir parodyta. Patikslinus skaičiavimus ir kai kurias prielaidas, gautas rezultatas, neprieštaraujantis teoriniams tamsiosios materijos halų modeliams. Nors šitie tyrimai nėra tiksliai mano sritis, taigi nepriklausomai patikrinti skaičiavimų ir kritiškai įvertinti metodikų negaliu, pasistengsiu bent jau paaiškinti tai, kaip buvo pasiekti abu rezultatai ir kur slypi jų skirtumas.

Trumpai priminsiu, kaip buvo gautas rezultatas. Ilgą laiką stebėjus keleto šimtų žvaigždžių, esančių ne per toliausiai nuo Saulės (Galaktikos disko atžvilgiu), tačiau gerokai toliau nuo disko plokštumos, judėjimą, buvo apskaičiuoti jų greičiai bei greičių dispersija. Iš to apskaičiuota, koks yra paviršinis materijos tankis įvairiais atstumais nuo Galaktikos disko plokštumos. Gautas rezultatas beveik tiksliai atitiko tokį, kokį gautume, jei visą disko medžiagą sudarytų tik matoma materija (žvaigždės, dujos ir dulkės); tamsiajai materijai, galima sakyti, neliko vietos.

Nors žvaigždžių greičius apskaičiuoti galima tikrai tiksliai, šių duomenų pavertimas disko paviršiniu tankiu nėra toks paprastas uždavinys. Mat greičių dispersija priklauso nuo įvairių parametrų – Galaktikos disko žvaigždžių sukimosi greičio, to greičio priklausomybės nuo aukščio virš disko, įvairių žvaigždžių populiacijų pasiskirstymo (matuojamų žvaigždžių pasiskirstymas Galaktikoje yra kitoks, nei tų, kurios sudaro didžiąją disko masės dalį), ir taip toliau. Neteisingai apskaičiavus kurį nors iš tų elementų, gaunama neteisinga ir paviršinio tankio vertė.

Naujajame straipsnyje teigiama, jog būtent tokią klaidą ir padarė pirmojo tyrimo autoriai. Tiksliau sakant, jie padarė vieną dvigubą prielaidą, kuri neatitinka įvairių stebėjimų rezultatų. Prielaida buvo tokia: vidutinis žvaigždžių azimutinis greitis (t.y. judėjimo greitis disko plokštumoje, statmenai krypčiai Galaktikos centro link) Saulės apylinkėse nepriklauso nuo atstumo iki Galaktikos centro bet kokiame aukštyje virš disko. Paskutinė prielaidos dalis reiškia, jog nors tas greitis gali priklausyti nuo aukščio virš disko, kiekviename konkrečiame aukštyje skirtingais atstumais nuo centro greitis yra toks pat. Ši prielaida, atrodo, yra neteisinga dėl dviejų dalykų. Visų pirma, nuo atstumo iki Galaktikos centro praktiškai nepriklauso ne azimutinis, bet apskritiminis žvaigždžių judėjimo greitis. Skirtumas tarp šių dydžių yra tas, kad žvaigždžių orbitos yra šiek tiek eliptinės, taigi azimutinis greitis gali būti arba truputį didesnis už apskritiminį (jei žvaigždė yra arčiau centro, nei vidutiniškai), arba truputį mažesnis (priešingu atveju). Taigi nors apskritiminis greitis nuo atstumo iki centro nepriklauso, azimutinis greitis didėja, tolstant nuo centro. Kitas netikslumas – pasirodo, net ir apskritiminio greičio pastovumas galioja tik disko plokštumoje, o pakilus virš jos, atsiranda kitimas. Tiesa, šis netikslumas yra mažesnis už pirmąjį.

Įvertinus šiuos netikslumus ir atlikus skaičiavimus iš naujo, gautas rezultatas tampa labai artimas tamsiosios materijos modelių duomenims. Tiesą sakant, net ir pirmajame straipsnyje buvo pastebėta, jog jeigu azimutinis greitis didėtų, tolstant nuo centro, rezultatai taptų artimesni tamsiosios materijos modeliams. Tik to straipsnio autoriai „nurašė“ tokią hipotezę, teigdami, kad reikalinga priklausomybė yra pernelyg didelė. Bet pasirodo, kad toks kitimas visai įmanomas ir rezultatai iš tiesų neprieštarauja esamiems Galaktikos galo modeliams.

Šioje vietoje pasinaudosiu proga atkreipti dėmesį į porą ne visai tiesiogiai su šiuo tyrimu susijusių dalykų. Visų pirma, ankstesnio straipsnio rezultatų paneigimas nereiškia, kad jo autoriai yra nekompetentingi ar nemoka daryti tyrimų. Tai greičiau parodo, kad atliekami skaičiavimai yra labai sudėtingi, ir tam tikro efekto neįvertinimas yra tiesiog darbinė klaida. Beje, iš sociologinės pusės reikšminga ir tai, kad naujojo straipsnio autoriai padėkojo pirmojo straipsnio pirmajam autoriui už diskusijas. Žinoma, po padėka gali slėptis daug detalių, bet manau, jog tai reiškia, kad keli astronomai susėdę nuodugniai išanalizavo vieno iš jų atliktus skaičiavimus, rado klaidą ir parašė apie tai straipsnį. Mokslo procesas dažnai taip ir vyksta, kad nauja analizė atskleidžia netikslumus senesnėje. Galima bandyti tame įžiūrėti kokias nors konspiracijas, nesusipratimus ir taip toliau, bet labai norint jų įžiūrėti galima visur.

Kitas dalykas – visiškai nenuostabu, kad plačioji žiniasklaida apie šį straipsnį netrimituoja ir greičiausiai nepraneš. Tai, mano supratimu, yra negerai, nors žurnalistus irgi galiu suprasti: gerokai įdomesnis rezultatas yra tas, kuris paneigia nusistovėjusią teoriją, nei tas, kuris ją patvirtina. Deja, įdomūs rezultatai neretai būna neteisingi; apvertus teiginį atvirkščiai, netgi galima pasakyti, jog beveik visi neteisingi rezultatai yra labai įdomūs. Toks šiek tiek iškreiptas pranešimų skleidimas žiniasklaidoje skaitytojams gali sudaryti neteisingą įspūdį apie mokslo procesą. Apie tai šiek tiek minčių buvau išdėstęs nesename įraše.

Tikiuosi, kad kažką supratote. Jei kyla neaiškumų – klauskite, pasistengsiu atsakyti.

Laiqualasse

11 comments

  1. Kazkodel labai skeptiskai ziuriu i visa sita Tamsiaja materija. Galbut ji yra geras variantas prideti “mase“ galaktikoms, bet yra vienas bet. Tik nezinau ar jis teisingas, bet mano variantas butu atsisakyti visiskai Tamsiosios materijos. Kodel ? O todel kad bent jau mases trukuma galaktikoms bei ju spieciams butu galima prideti su Rudusiomis bei Raudonosiomis nykstukemis. Ju tikrai labai daug, manoma galbut daugiau nei pagrindines sekos zvaigdziu tokiu kaip Saule. Beje klaidziojancios negyvos (?) planetos taip pat pridetu daug mases galaktikoms. O kur dar Duju ir dulkiu debesys, asteriorai ir t.t. Tikrai manau kad neesu pirmas zmogus galvojantis taip kaip isdesciau savo mintis. Tiesiog pats nedaug zinau apie ta Tamsiaja materija, gal todel taip skeptiskai ziuriu i visa sita reikala.

    1. „Tikrai manau kad neesu pirmas zmogus galvojantis taip kaip isdesciau savo mintis.“

      Tavo tiesa, nesi :)

      „butu galima prideti su Rudusiomis bei Raudonosiomis nykstukemis“

      Raudonosios nykštukės yra puikiai matomos ir daugmaž suskaičiuotos; jų kiekis toli gražu nepaaiškina masės trūkumo. Rudosios nykštukės kažkurią trūkstamos materijos dalį paaiškinti gali, bet irgi toli gražu ne visą.

      Dar juodosios skylės irgi buvo nagrinėjamos kaip galimas paaiškinimas; tačiau su jomis (kaip ir su kitais masyviais kūnais) problema yra ta, kad jų pasiskirstymas galaktikose turėtų būti dar kompaktiškesnis, nei regimosios materijos (vidutinės juodosios skylės masė yra didesnė, nei vidutinės žvaigždės, taigi juodosios skylės „skęsta“ galaktikų centrų link); stebėjimai rodo ką kita – tamsioji materija tęsiasi gerokai toliau, nei regimoji.

      „Beje klaidziojancios negyvos (?) planetos taip pat pridetu daug mases galaktikoms.“

      Šių metų pradžioje buvo pranešta, jog pagal kažkuriuos naujus skaičiavimus planetų Paukščių Take gali būti ~100 tūkstančių kartų daugiau, nei žvaigždžių. Jei vidutinė planetos masė lygi Žemės masei, tai visų šių planetų bendra masė sudarytų apie trečdalį Galaktikos žvaigždžių masės. Vėlgi neužtenka tamsiosios materijos pakeitimui.

      „O kur dar Duju ir dulkiu debesys, asteriorai ir t.t.“

      Dulkių ir dujų kiekį Galaktikoje žinome pakankamai neblogai, ir jis įtraukiamas į regimąją materija. Asteroidų masė neviršija vienos tūkstantosios žvaigždžių masės, o greičiausiai yra dar žymiai mažesnė.

      Taigi šitokios prielaidos nepadeda paaiškinti materijos trūkumo Galaktikoje (ir kitose galaktikose). O kur dar spiečiai, kuriuose masės išsidėstymas visiškai neatitinka regimosios materijos.

      1. Na, vistiek manau kad jie kazko nepastebi. Tas “kazkas“ kurio negalima pamatyti, nei uzfiksuoti, tik stebeti per gravitacija kaip ji saveikauja labai silpnai su materija. Turiu viena kvaila teorija, manau vel gi, ne pirmas apie ja galvoju, bet ta Tamsioji materija galetu buti Anti-materija dingusi is visatos ir palikusi vieta materijai. Zinau kad stygu teorijoje yra toks dalykas kaip papildomos dimensijos tik jos sukompaktuotos labai mazuose masteliuose. Nuo cia jau pradesiu fantazuot, bet galbut tos Dimensijos buvo Anti-dimensijos kaip ir Anti-materija kuri isnyko is musu visatos kartu (?) su kitomis dimensijomis. Ir “galbut“ ta Tamsioji medziaga ir yra Anti-materija suspausta kitu dimensiju mastelyje, todel mes negalime pamatyti ir uzfiksuoti WIMP’u. Zinau, tau sita mano teorija sukels sypsena ir galbut isteriska juoka, nes kol kas neesu baiges Astrofizikos mokslu, ir turbut visiskai nusisneku. :D Mano point’as yra tame, kad jie kazko nepastebi, kazko labai mazo, kas galetu sugriauti Tamsiosios materijos modeli.

        1. „Tas “kazkas“ kurio negalima pamatyti, nei uzfiksuoti, tik stebeti per gravitacija kaip ji saveikauja labai silpnai su materija.“

          Tai praktiškai yra tamsiosios materijos apibrėžimas :)

          „Tamsioji materija galetu buti Anti-materija“

          Sunkiai, nes antimaterija su materija turėtų sąveikauti, ir labai stipriai. Visas dangus švytėtų gama spinduliais.

          „Nuo cia jau pradesiu fantazuot“

          Apie stygų teoriją žinau tiek mažai, kad šitų fantazijų pakomentuoti negaliu.

          „Zinau, tau sita mano teorija sukels sypsena ir galbut isteriska juoka, nes kol kas neesu baiges Astrofizikos mokslu, ir turbut visiskai nusisneku.“

          Manau, jog labai gerai, kad mąstai ir svarstai galimybes :) O studijuoti astrofiziką planuoji?

          „Mano point’as yra tame, kad jie kazko nepastebi, kazko labai mazo, kas galetu sugriauti Tamsiosios materijos modeli.“

          Visko gali būti. Jei pastebės ir patvirtins – būtinai apie tai pranešiu :)

          1. Studijuoti bei sieti visa savo gyvenima su Astrofizika – Astronomija yra vienintelis ir pats didziausias mano gyvenimo tikslas. Daugiau jokiu kitu noru nera, kaip tik suprasti Visata, nes manau supratus ja, prilygtum jos pacios didybei. O del „Tamsioji materija galetu buti Anti-materija“ turiu omenyje jog (vel mano teorijos) galbut visa dingusi Anti-materija buvo suspausta kartu su tomis 7 dimensijomis i labai artima Planck’o ilgi (todel Anti-materija neturetu saveikauti su materija, nes ji yra nepasiekiama iprastai materija, del per mazu masteliu, ir mes tiesiog negalime jos matyti, tik pastebeti itaka galaktiku masei). Stygu bei M teorijos pletoja Visata su 11 dimensiju, bet tik 4 mes galime suvokti, nes kitos 7 yra per mazos pastebeti(?). Mano galutinis verdiktas apie Tamsiaja materija butu toks – Tai tiesiog dingusi is Visatos Anti-materija (kurios Visatai gimus buvo tiek pat kaip ir materijos, bet jos turejo viena kita anihiliuoti, taip palikdamos Visata tik gama spinduliu vandenyne, bet dabartineje Visatoje Materija karaliauja, o Anti-materija valkatauja :D) suspausta kartu su Stygu bei M teorijos pranasaunamomis kitomis septyniomis dimensijomis. :) Nezinau, galbut nesuprasi kazko, bet suprasi ka turiu galvoje. :)

            1. Šaunus gyvenimo tikslas, linkiu, kad jį pasiektum :)

              Kas dėl anti-materijos – vėlgi nepakomentuosiu, nes stygų teorijos neišmanau. Tiesa, jei taip ir yra, tai iš astronominio požiūrio taško nematau skirtumo nuo bet kokio kito tamsiosios materijos, sudarytos iš elementariųjų dalelių (ar bent jau tokio eilės dydžio objektų), modelio.

  2. Pernai toks A. Carati teigė, kad galima apseiti be tamsiosios materijos:
    http://arxiv.org/pdf/1111.5793v1.pdf

    Gal žinot kaip vystėsi(osi) ši istorija? Ar buvo rasta kažkokių klaidų, ar patvirtinimų tokiam požiūriui?

    Labai jau gražiai teorinės kreivės atitinka stebėjimų rezultatus. Taip suklysti matyt nėra lengva? Gal ten kažkas yra?

  3. Straipsnis įdomus. Ir naudingas, kad žinoti, jog mokslas savo klaidas ištaiso. Iš tiesų kartais susidaro įspūdis, kad mokslininkai meluoja apie visus savo atradimus, o jie būna daug kartų patikrinti. Todėl labai įdomu sužinoti kaip ir kodėl yra iš tikro.

    Turiu tokias teorijas apie tamsiąją gal galima jas pakomentuoti:
    1.Tarkime pradžioje galaktika buvo tokio pat dydžio kaip dabar. Joje buvo daug medžiagos iš kurios susiformavo daug galaktikų. Palaipsniui galaktikos sunaudoja savo kuro atsargas ir susitraukia į keliolika juodųjų skylių. Bėgant laikui matomų galaktikų skaičius mažėja ir atrodo, jog jos tolsta viena nuo kitos. Nematomos galaktikos sukuria visokių tamsiosios srovės, tamsiosios energijos pojūtį. Kartais tamsiosios materijos :)
    Kadangi pradžioje galaktikų buvo labai daug jos spinduliavo foninę spinduliuotę.

    2. Planetos formuojasi apie žvaigždes tokios sudėties kokios medžiagos toje temperatūroje gali būti skystos. Pvz.: Merkurijus – arti saulės tik metalai būna skysti aukštoje temperatūroje, toliau nuo saulės anglis, silicis, aliuminis – Venera, Žemė, Marsas. Toliau dujinės vandenilis helis – Jupiteris, Saturnas …
    Vadinasi beveik visos planetos, kurios nepajudėjo iš savo orbitos turėtu būti labai vienodos struktūros ir panašaus būvio.

    3. Žiūrėdamas į galaktikų nuotraukas atrodo, jog jos yra prasidėjusios centriniame taške iš kurio lygtai būtu išspjautos čiurkšlės. O kas jeigu galaktikos, tai masyvios juodosios skylės, kurios išspjovė materiją sukimesi ir ta materija tapo žvaigždėmis. Tokiu atveju materija gavo vienodą išmetimo greitį ir galaktikos judėjimas atrodo logiškas. Vėliau įvyko žvaigždės pradėjo laikytis prie galaktikos dėl gravitacijos.

    1. Pagaliau prisiruošiau atsakyti.

      1. „Tarkime pradžioje galaktika buvo tokio pat dydžio kaip dabar. Joje buvo daug medžiagos iš kurios susiformavo daug galaktikų.“ – spėju, kad pirma „galaktika“ turi būti „Visata“. Dėl dydžio – žr. žemiau.

      „Palaipsniui galaktikos sunaudoja savo kuro atsargas ir susitraukia į keliolika juodųjų skylių.“

      Kažkada, tolimoje ateityje, taip ir bus; tik ne į keliolika, o į milijardus. Galaktikose kuro yra pakankamai daug, o naudojimas – pakankamai lėtas, kad procesas užtruktų daugybę milijardų metų.

      „Bėgant laikui matomų galaktikų skaičius mažėja ir atrodo, jog jos tolsta viena nuo kitos.“

      Ne, galaktikos atrodo tolstančios viena nuo kitos todėl, kad matome raudonuosius poslinkius dėl jų judėjimo tolyn nuo mūsų. Galaktikų tankio mažėjimas apskaičiuojamas ne (tik) iš atskirų vaizdų skirtingais Visatos amžiais.

      „Nematomos galaktikos sukuria visokių tamsiosios srovės, tamsiosios energijos pojūtį. Kartais tamsiosios materijos :)“

      Oi, čia sumalei tris visai skirtingus dalykus. Be to, tamsioji materija yra galaktikose, aplink jas, bei galaktikų spiečiuose; tavo siūlomu atveju jos sankaupos egzistuotų tarpuose tarp galaktikų.

      „Kadangi pradžioje galaktikų buvo labai daug jos spinduliavo foninę spinduliuotę.“

      Foninė spinduliuotė yra pernelyg tolygi, kad galėtų būti atskirų galaktikų sukurtas bendras vaizdas.

      2. „Planetos formuojasi apie žvaigždes tokios sudėties kokios medžiagos toje temperatūroje gali būti skystos.“

      Esi beveik teisus; astronomai neabejoja, kad planetų cheminė sudėtis labai priklauso nuo to, kokiu atstumu nuo žvaigždės jos susiformavo. Tik, jei neklystu, skysčiai yra negerai, nes jie irgi sunkiai sukolapsuotų į planetas. Dėl to kyla klausimas, iš kur Žemėje tiek vandens, nes formavimosi metu jo būti kaip ir neturėjo.

      „Vadinasi beveik visos planetos, kurios nepajudėjo iš savo orbitos turėtu būti labai vienodos struktūros ir panašaus būvio.“

      Iš esmės taip. Kiek žinau, toks teiginys neprieštarauja stebėjimams.

      3. „Žiūrėdamas į galaktikų nuotraukas atrodo, jog jos yra prasidėjusios centriniame taške iš kurio lygtai būtu išspjautos čiurkšlės.“

      Galbūt taip gali atrodyti, žiūrint į didingo plano spiralines galaktikas, bet tikrai ne į visas.

      „O kas jeigu galaktikos, tai masyvios juodosios skylės, kurios išspjovė materiją sukimesi ir ta materija tapo žvaigždėmis.“

      Juodosios skylės galaktikų centruose, nors ir masyvios, yra mažytės, palyginus su pačiomis galaktikomis. Jei juodosios skylės būtų gerokai didesnės, galaktikos atrodytų gerokai kitaip – ir žvaigždės arti centro suktųsi sparčiau, ir šviesio profilis būtų kitoks.

      Be to, juodoji skylė materijos išspjauti kaip ir negali; nei jei ir gali išmesti materiją iš savo apylinkių, tai tas vyksta čiurkšlėmis, kurių masė yra nykstamai maža, palyginus su galaktikų masėmis.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *