Astrofizikte Çözülmemiş Sorunlar

Resmi olarak KIC 8462852 olarak bilinen Tabby ‘yıldızı, Cygnus takımyıldızında F tipi bir ana dizi yıldızdır. Tabby’nin yıldızını ilgi odağına getiren şey, anormal karartmasıdır. Yaklaşık% 22’lik maksimum karartmayı gösteren grafiklerden biri aşağıda verilmiştir.

Bu dalgalanmaları açıklamak için birkaç hipotez ileri sürülmüştür. Birincisi, yıldızın düzensiz bir toz halkası ile çevrili olduğunu söylüyor. NASA’ya göre, araştırmacılar kızılötesi ışıkta yıldızdan ultraviyole ışığa göre daha az karartma buldular. Toz parçacıklarından daha büyük olan herhangi bir nesne, Tabby’s Star’ın önünden geçerken tüm ışık dalga boylarını eşit olarak karartır. İkinci hipotez, Tabby’nin yıldızının, yıldızın etrafında eliptik bir şekilde yörüngede kalan parçalanan kuyruklu yıldızların bulutuyla çevrili olduğunu söylüyor. Ancak, bir kuyruklu yıldız bulutunun% 22’ye kadar karartmaya neden olabileceği gerçeği bu teoriye şüphe uyandırdı.

Bir başka ilginç hipotez, karartmanın uzaylı bir mega yapının bir sonucu olabileceğini söylüyor. Bu uzaylı mega yapı, medeniyetler tarafından yıldızlarının ışıklarını enerji ihtiyaçları için kesecek şekilde inşa edilen Dyson sürüsü olabilir. Ancak, dünya dışı istihbaratın karartmanın nedeni olması olasılığı çok düşüktür

Magnetarlar muazzam bir manyetik alana sahip nötron yıldızlarıdır. Tipik bir manyetarın manyetik alanı 1-100 milyar Tesla arasındadır. Perspektife getirmek için, özel laboratuvar koşullarında üretilebilen maksimum manyetik alan sadece birkaç yüz Tesla’dır. Nötron yıldızları gibi, yaklaşık 20 Km genişliğindedir ve Güneş’in 2-3 katı kütleye sahiptirler. Bu oldukça yoğun oldukları anlamına gelir. Malzemesinden bir çorba kaşığı 100 milyon ton ağırlığında olacak.

Böyle güçlü bir manyetik alanın kökeni, nötron yıldızı denge konumuna yerleşmeden önce oluşan türbülanslı, aşırı yoğun iletken akışkanda manyetohidrodinamik bir süreç olarak varsayılmaktadır. Bir manyetarın manyetik alanı, öznenin kurucu atomlarının elektron bulutlarını bozan ve yaşam kimyasını imkansız kılan güçlü manyetik alan nedeniyle 1000 km mesafede bile ölümcül olacaktır. Dünyadan aya kadar yarım bir mesafede, bir manyetar dünyadaki tüm kredi kartlarının manyetik şeritlerinden bilgi çıkarabilir. 2010 itibariyle, evrende tespit edilen en güçlü manyetik nesnelerdir.

Hızlı Radyo Patlamaları (FRB’ler) çözülmez (nokta kaynağı benzeri), geniş bant (çok çeşitli radyo frekanslarını kapsar), gökyüzünün bazı kısımlarında milisaniye yanıp söner. Bu patlamalara neden olan fiziksel olay hala bir sırdır. Olası FRB kaynakları nötron yıldızları, kara delikler veya dünya dışı zekadır.

Kesin kökeni ve nedeni belirsiz olmasına rağmen, çoğunun ekstragalaktik olduğuna inanılmaktadır. İlk Samanyolu FRB Nisan 2020’de tespit edildi. FRB’lerin kökeni hala astrofizikteki en ilginç çözülmemiş sorunlardan biridir.

Ultra Yüksek Enerji Kozmik Işınları (UHECR) hayal edilemeyecek kadar yüksek enerjiye sahip kozmik ışınlardır: exa elektron voltundan (10 ^ 18 eV) daha büyük. 15 Ekim 1991 akşamı Dugway Proving Ground’da Utah Üniversitesi’nin Fly’s Eye denemesinin Oh My God parçacığı olan Utah, astrofizikçiler için şok oldu.

Enerjisinin yaklaşık 3.2 × 10 ^ 20 eV (50 J) olduğunu tahmin ettiler; diğer bir deyişle kinetik enerjiye sahip atom çekirdeği saatte yaklaşık 100 kilometre hızla seyahat eden bir beyzbol topu (5 ons veya 142 gram). mph). Bu tür parçacıkların kökeni hala bir hipotezdir. Astrofizikteki en büyük çözülmemiş sorunlardan biridir.

Güneş döngüsü, 11 yıllık bir süreye sahip tekrarlanan güneş dalgalanmaları döngüsüdür. Her 11 yılda bir Güneş’in manyetik alanı tamamen döner. Bu, Güneş’in kuzey ve güney kutuplarının yer değiştirdiği anlamına gelir. Güneş aktivitesi de bu döngüden etkilenir. Güneş döngüsünün başlangıcı, minimum güneş lekeleri ile minimum güneş enerjisidir. Daha sonra, döngünün ortasında, güneş aktivitesi maksimuma ulaşır ve güneş lekelerinin sayısı da artar.

Bir güneş döngüsü sırasında Güneşin görüntüleri. Güneş enerjisi maksimum değeri 2001 yılında meydana gelirken, 1996 ve 2006 güneş enerjisi minimum seviyesine yakındı. Fotoğraf kredisi: NASA

Güneş döngüsü sırasında güneş patlamaları ve koronal kitle atıkları gibi dev patlamalar da artar. Bu patlamalar uzaya güçlü enerji ve malzeme patlamaları gönderir. Güneş döngüsünü anlamak bilim adamları için hala büyük bir gizemdir.

Güneş fiziğinde çözülemeyen bir başka sorun da korona gizemidir. Korona, güneş atmosferinin en dış kısmıdır. Toplam güneş tutulması sırasında görülebilir. Sorun şu ki, korona yaklaşık bir milyon K sıcaklığa sahipken, güneş yüzeyi, fotofer, yaklaşık 5.900 K civarındadır. Isı soğuktan sıcak vücuda nasıl akabilir? Termodinamiğin en temel yasası nasıl bozulabilir? Koronada gerçekleşen başka bir mekanizma var mı? Evet ise, o zaman nedir? Alfven Dalgaları mı?

Lityum sorunu, Li-7 izotopunun bolluğu ile ilgili astrofizik bir sorundur. Büyük patlamadan birkaç dakika sonra ilk unsurlar oluştu. Bunlar hidrojen, helyum, lityum ve eser miktarda diğer elementleri içeriyordu. Evrenin gözlenen bileşimi, hidrojen ve helyum için büyük patlama modeliyle tutarlıdır. Bununla birlikte, lityum söz konusu olduğunda bir tutarsızlık vardır. Big Bang’in en yaygın kabul gören modelleri, primordial lityumun üç kat daha fazla olması gerektiğini göstermektedir.

Eksik lityum problemini çözmek için çeşitli çözümler olduğu varsayılmıştır. Evrendeki lityum bolluğunun daha doğru bir şekilde belirlenmesine ihtiyaç olabilir. Astrofizik çözüm hesaplamada bir hata olduğunu söylüyor. Kalan lityumu bulmanın bir başka olası yolu, nükleer fizikte düzeltmeler yapmaktır. Yanlış veya eksik reaksiyonlar lityum sorununa yol açabilir.

Hawking radyasyonu nedeniyle olay ufkunun yakın kuantum olaylara kara delikler tarafından piyasaya sürülecek tahmin ediliyor elektromanyetik radyasyondur.

Tüm keşfedilen ve lokalize kara delikler için bu etkinin deneysel olarak elde edilebilir koşullar altında ölçülemeyecek kadar küçük olduğunu hatırlamak önemlidir. Bu nedenle, Hawking radyasyonu henüz tespit edilmedi. Bu arada fizikçiler benzer sistemler inşa ediyor ve analiz ediyorlar.

Eylül 2010’da, beyaz bir deliğin olay ufkunu simüle eden laboratuvar tarafından yaratılmış bir gövdenin Hawking radyasyonuna optik bir analog yaydığı düşünülüyordu, ancak bu tarihe kadar bu deneyin doğruluğu hakkında resmi bir onay yok. En son tahminlerden biri ayrıca ses karartmalarının (yerçekimi karadeliğindeki ışığa benzer olduğu) sonik karadelikleri Hawking radyasyonunu simüle edebilecek mükemmel bir sıvı akışına bağlar. 

Hawking radyasyonunun nasıl ve ne zaman tespit edileceği henüz bilinmemekle birlikte, bilim adamları özenle bu amaç için çalışıyorlar. Böyle bir radyasyon keşfedildikten sonra ne olduğu bilinmemektedir, ancak kişi sadece kara delikleri anlama konusunda yeni bir dönem açacağını umabilir. 

Karanlık evren hakkındaki makalede ayrıntılı olarak çalıştığımız gibi , galaktik bir dönme eğrisi, yıldızların yörünge dönme hızının merkezden uzaklığına karşı grafiğidir. Güneş sistemini düşünün. Merkür Güneş’i 88 gün içinde yörüngede tutarken, Neptün için yaklaşık 165 yıl sürer. Ayrıca, Merkür’den Neptün’e giderken gezegenlerin yörünge hızı azalır. Ancak bu, disk gökadaları için geçerli değildir. Yıldızlar, galaksinin merkezi etrafında, çok çeşitli mesafelerde eşit veya artan bir hızla dönerler.

Sarmal gökada Messier 33 (hata çubukları ile sarı ve mavi noktalar) ve görünür maddenin dağılımından tahmin edilen bir (gri çizgi) dönme eğrisi. İki eğri arasındaki tutarsızlık, galaksiyi çevreleyen bir karanlık madde halo eklenerek açıklanabilir.

Bu tutarsızlığın iki sonucu vardır. Newton’un klasik mekanik yasaları evrensel değildir ya da galakside bizim göremediğimiz ek bir konu vardır. Bu görünmez madde karanlık madde olarak bilinir. Gökada dönme eğrilerindeki tutarsızlık, karanlık maddenin ilk kanıtlarından biridir.

Astrofizikteki en önemli çözülmemiş sorunlardan biri karadeliklerdir. Kara delikler ilk olarak genel görelilik denklemlerinin çözümlerinde ortaya çıktı. Bu alanda çok fazla araştırma yapılmasına rağmen, soru şudur: Genel Görelilik tarafından öngörülen matematiksel kara delikler gerçekten var mı, yoksa sonsuza dek çökmekte olan nesneler mi?

Bilimsel topluluk iki mezhebe ayrılmıştır: gözlemlenen kara deliklerin GTR tarafından öngörülen, tekillikli olanları olduğunu söylerken, diğerleri matematiksel kara delikler olmadıklarını ancak sonsuza kadar çöken nesneler olduklarını söylüyorlar. Birincisinin açıklayamadığı birçok gözlemlenmiş gerçek vardır. Bunlardan biri manyetik alanın gücüdür. Tek kaynak biriktirme diskinin parçacıkları olduğunda, kara delikler nasıl bu kadar güçlü bir manyetik alan üretebilir? Ebedi Olarak Daralan Nesneler hakkında hakemli araştırma makaleleri burada bulabilirsiniz .

Karadelikler yerine sonsuza dek çökmekte olan nesnelerin modeli, gözlemlenen birçok gerçeği açıklar ve daha iyi bir model olduğu düşünülmektedir. Ama yine de dünya çapında kabul görmekten çok uzak.

Bunlar astrofizikteki en büyük çözülmemiş sorunlardan bazılarıydı.