Probleme nerezolvate în astronomie

Unele dintre problemele nerezolvate din astronomie sunt teoretice, ceea ce înseamnă că teoriile existente par incapabile să explice un anumit fenomen observat sau un rezultat experimental. Altele sunt experimentale, ceea ce înseamnă că există dificultăți în a crea un experiment pentru a testa o teorie propusă sau a studia un fenomen mai detaliat. Unele întrebări nerezolvate în astronomie se referă la evenimente unice, fenomene neobișnuite care nu s-au repetat și, prin urmare, cauzele cărora rămân neclare.

Astronomie planetară

• Sisteme planetare : cum formează acumularea sistemele planetare [1] ? De unde a venit apa Pământului [1] ?
• Există planete dincolo de orbita lui Neptun ? Există o ipotetică Planetă Nouă ? Ce explică orbitele alungite ale unui grup de obiecte din centura Kuiper ?
• Frecvența de rotație a lui Saturn : de ce magnetosfera lui Saturn are o periodicitate care variază lent aproape de cea cu care se rotesc norii planetei? Care este viteza reală de rotație a straturilor adânci ale lui Saturn [2] ?
• Pluto are inele ?

Astronomie stelară și astrofizică

• Ciclul solar : Cum își generează Soarele câmpul magnetic la scară largă, care se schimbă periodic? Cum își generează alte stele precum Soarele câmpurile magnetice și care sunt asemănările și diferențele dintre ciclurile Soarelui și activitatea stelară a stelelor asemănătoare soarelui? Ce a cauzat Maunder Low și alte scăderi mari și cum își revine ciclul solar dintr-o stare minimă?
• Problema încălzirii coroanei solare : de ce este corona solară atât de mai fierbinte decât suprafața soarelui? De ce efectul de reconectare magnetică este cu multe ordine de mărime mai rapid decât prevăd modelele standard?
• Care este originea spectrului de masă stelar? Adică, de ce astronomii observă aceeași distribuție a maselor stelare - funcția de masă inițială  - aparent, indiferent de condițiile inițiale [3] ?
• Supernove : care este mecanismul exact prin care izbucnirea unei stele pe moarte se transformă într-o explozie?
• Nuclee bogate în protoni : ce proces astrofizic este responsabil pentru nucleosinteza acestor izotopi rari ?
• Rapid Radio Bursts (FRB): Ce cauzează aceste explozii radio tranzitorii din galaxii îndepărtate, fiecare durând doar câteva milisecunde? De ce unele FRB repetă la intervale imprevizibile, în timp ce majoritatea nu o fac? Au fost propuse zeci de modele, dar niciunul nu a fost adoptat pe scară largă [4] .
• Particula Oh-My-God și alte raze cosmice de ultra-înaltă energie : ce procese fizice creează raze cosmice a căror energie depășește limita GZK [5] ?
• Natura stelei Tabby : care este originea variațiilor neobișnuite de luminozitate ale acestei stele ?

Astronomie și astrofizică galactică

• Problemă de rotație a galaxiilor : Este materia întunecată responsabilă pentru diferențele dintre viteza observată și teoretică de rotație a stelelor în jurul centrului galaxiilor sau este altceva?
• Raportul dintre vârsta și metalitatea stelelor de pe discul galactic: există un raport universal vârstă-metalicitate în discul Galaxiei (atât în ​​părțile „subțiri”, cât și în cele „groase” ale discului)? Deși nu există dovezi ale unei puternice dependențe de vârstă și metalicitate în partea locală (în primul rând partea „subțire”) a discului Galaxiei [6] , un eșantion de 229 de stele din apropiere în partea „groasă” a discului a fost folosit pentru a studia existența relației vârstă-metalicitate în partea „groasă” și indică faptul că există o astfel de relație [7] [8] . Astroseismologia confirmă absența oricărei relații puternice între vârstă și metalitate în discul galactic [9] .
• Surse ultraluminoase de raze X (ULX): care este puterea surselor de raze X care nu sunt asociate cu nucleele galactice active , dar depășesc limita Eddington sub forma unei stele neutronice sau a unei găuri negre cu masă stelară ? Este această putere o consecință a influenței unei găuri negre cu masă intermediară ? Unele ULX-uri sunt periodice, sugerând radiații neizotrope de stele neutronice. Acest lucru se aplică tuturor ULX-urilor? Cum se poate forma și rămâne stabil un astfel de sistem?
• Problema celui de-al doilea parametru : ce parametri, pe lângă metalitate și vârstă, influențează morfologia ramului orizontal al clusterelor de stele globulare ?

Găuri negre

• Singularitatea gravitațională : Relativitatea generală este ruptă în interiorul unei găuri negre din cauza efectelor cuantice , a torsiunei afine sau a altor fenomene?
• Teorema fără păr : Găurile negre au structură internă? Dacă da, cum poate fi explorat?
• Gaură neagră supermasivă : care este originea relației M-sigma dintre masa unei găuri negre supermasive și viteza de dispersie a unei galaxii [10] ? Cum și-au „crescut” cei mai îndepărtați quasari găurile negre supermasive la 1010 mase solare atât de timpuriu în istoria universului?
• Paradoxul informațiilor despre găurile negre și radiația găurii negre : găurile negre produc radiații termice așa cum era de așteptat din teorie [11] ? Dacă acest lucru este adevărat, iar găurile negre se pot evapora, ce se întâmplă cu informațiile stocate în ele (deoarece mecanica cuantică nu prevede distrugerea informațiilor)? Sau radiația se oprește la un moment dat când mai rămâne puțin din gaura neagră?
• Firewall : Există un firewall în jurul unei găuri negre [12] ?
• Ultima problemă Parsec : Găurile negre supermasive par să se fi fuzionat - o pereche similară a fost observată în PKS 1302-102 . Cu toate acestea, teoria prezice că atunci când găurile negre supermasive ating o distanță de aproximativ un parsec, le va dura multe miliarde de ani pentru a ajunge pe o orbită suficient de apropiată pentru a fuziona - mai mult decât vârsta universului [13] .

Cosmologie

• Materia întunecată: care este identitatea materiei întunecate [14] ? Este o particula ? Este cel mai ușor superpartener ? Fenomenele atribuite materiei întunecate nu indică o formă de materie, ci o extindere a conceptului de gravitație ?
• Energia întunecată : care este motivul expansiunii accelerate observate a universului ( faza de Sitter )? De ce densitatea energetică a componentei energiei întunecate este aceeași cu densitatea materiei în prezent, când evoluează în timp în moduri complet diferite? s-ar putea să observăm la momentul potrivit ? Este energia întunecată o constantă cosmologică pură sau sunt aplicabile modele alternative (chintesența), cum ar fi energia fantomă ?
• Asimetria barionică : de ce există mult mai multă materie în universul observabil decât antimaterie ?
• Problemă constantă cosmologică : De ce nu a făcut ca energia vidului nu a făcut constanta cosmologică mare? Ce a împiedicat acest lucru [15] [16] ?
• Dimensiunea și forma Universului : Diametrul Universului observabil este de aproximativ 93 de miliarde de ani lumină , dar care este dimensiunea întregului Univers? Ce este o varietate 3 în spațiul comobil , adică partea spațială comobilă a Universului, numită informal „forma” Universului? În prezent, nici curbura, nici topologia nu sunt cunoscute, deși se știe că curbura este aproape de zero la scara observată. Modelul inflaționist al universului sugerează că forma universului poate fi nemăsurabilă, dar din 2003 Jean-Pierre Lumine și alte grupuri au sugerat că forma universului ar putea fi spațiul dodecaedral Poincaré . Este forma incomensurabilă; Spațiu Poincaré sau altă varietate de 3?
• Modelul inflaționist al universului : este teoria inflației cosmologice corectă în universul cel mai timpuriu și, dacă da, care sunt detaliile acestei epoci? Care este câmpul scalar inflaton ipotetic care a dat naștere inflației cosmologice? Dacă inflația cosmologică a avut loc la un moment dat, este haotică și astfel continuă (într-un loc foarte îndepărtat) [17] ?
• Problema orizontului : De ce universul îndepărtat este atât de omogen când teoria Big Bang prezice mai multă anizotropie pe cerul nopții decât cea observată? Inflația cosmologică este în general acceptată ca o soluție a problemei, dar poate că alte explicații posibile sunt mai potrivite, cum ar fi o viteză variabilă a luminii [14] ?
• Tensiunea Hubble : dacă CDM-ul Lambda este corect, de ce nu converg măsurătorile constantei Hubble [18] ?
• Axa Răului : Unele caracteristici mari ale unui studiu cu microunde a cerului la peste 13 miliarde de ani lumină distanță par să se potrivească atât cu mișcarea, cât și cu orientarea Sistemului Solar. Se datorează erorilor sistematice de procesare, contaminării rezultatelor cu efecte locale sau unei încălcări inexplicabile a principiului copernican ?
• Originea și viitorul Universului : cum au apărut condițiile pentru existența a ceva? Se îndreaptă Universul către o mare înghețare , o mare ruptură , o mare criză sau o mare revenire ? Sau face parte dintr-un model ciclic care se repetă la nesfârșit ?
• Problema cuspidului : ce explică diferența dintre distribuția observată a materiei întunecate în haloul galaxiilor și cea prezisă teoretic?

Viața extraterestră

• Există altă viață în univers? În special, există altă viață inteligentă? Dacă da, ce explică paradoxul Fermi [19] [20] ?
• Natura semnalului „Wow!” : a fost acest singur eveniment un semnal real și, dacă da, care a fost originea lui [21] ?

Note

1. ↑ 1 2 Carnegie Institution. Crearea de planete asemănătoare Pământului: cinci mari mistere . YouTube (16 iunie 2014). Preluat la 21 martie 2020. Arhivat din original la 4 mai 2020. (nedefinit)
2. ↑ Oamenii de știință constată că perioada de rotație a lui Saturn este o puzzle . NASA (28 iunie 2004). Data accesului: 22 martie 2007. Arhivat din original la 29 iulie 2011. (nedefinit)
3. ↑ Kroupa, Pavel. Funcția de masă inițială a stelelor: dovezi pentru uniformitatea în sistemele variabile  (engleză)  // Science : journal. - 2002. - Vol. 295 , nr. 5552 . - P. 82-91 . - doi : 10.1126/science.1067524 . - Cod biblic . - arXiv : astro-ph/0201098 . — PMID 11778039 .
4. ↑ Platts, E.; Weltman, A.; Walter, A.; Tendulkar, S. P.; Gordin, JEB; Kandhai, S. A living theory catalog for fast radio bursts   // Rapoarte de fizică : jurnal. - 2019. - Vol. 821 . - P. 1-27 . - doi : 10.1016/j.physrep.2019.06.003 . — Cod biblic . - arXiv : 1810.05836 .
5. ↑ Wolchover, Natalie Particula care a depășit o limită de viteză cosmică . Revista Quanta (14 mai 2015). Preluat la 4 mai 2018. Arhivat din original la 26 octombrie 2017. (nedefinit)
6. ↑ Casagrande, L.; Schönrich, R.; Asplund, M.; Cassisi, S.; Ramirez, I.; Melendez, J.; Bensby, T.; Feltzing, S.Noi constrângeri asupra evoluției chimice a vecinătății solare și a discurilor galactice  //  Astronomy and Astrophysics  : journal. - 2011. - Vol. 530 . — P. A138 . - doi : 10.1051/0004-6361/201016276 . - . - arXiv : 1103.4651 .
7. ↑ Bensby, T.; Feltzing, S.; Lundström, I. O posibilă relație vârstă-metalicitate în discul gros galactic? (Engleză)  // Astronomie și Astrofizică  : jurnal. - 2004. - iulie ( vol. 421 , nr. 3 ). - P. 969-976 . - doi : 10.1051/0004-6361:20035957 . - . — arXiv : astro-ph/0403591 .
8. ↑ Gilmore, G.; Asiri, HM Probleme deschise în evoluția discurilor galactice // Clustere și asociații stelare: Atelier RIA despre Gaia. Proceduri. Granada. - 2011. - S. 280 . - .
9. ↑ Casagrande, L.; Silva Aguirre, V.; Schlesinger, KJ; Stello, D.; Huber, D.; Serenelli, A.M.; Scho Nrich, R.; Cassisi, S.; Pietrinferni, A.; Hodgkin, S.; Milone, A. P.; Feltzing, S.; Asplund, M. Măsurarea structurii verticale de vârstă a discului galactic folosind asteroseismologie și SAGA  // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  : journal  . - Oxford University Press , 2015. - Vol. 455 , nr. 1 . - P. 987-1007 . - doi : 10.1093/mnras/stv2320 . - . - arXiv : 1510.01376 .
10. ↑ Ferrarese, Laura; Merritt, DavidO relație fundamentală între găurile negre supermasive și galaxiile lor gazdă  //  The Astrophysical Journal  : jurnal. - Editura IOP , 2000. - Vol. 539 , nr. 1 . - P. L9–L12 . - doi : 10.1086/312838 . - . - arXiv : astro-ph/0006053 .
11. ↑ Peres, Asher; Terno, Daniel R. Informații cuantice și teoria relativității  (engleză)  // Reviews of Modern Physics  : journal. - 2004. - Vol. 76 , nr. 1 . - P. 93-123 . - doi : 10.1103/revmodphys.76.93 . - Cod biblic . — arXiv : quant-ph/0212023 .
12. ↑ Ouellette, Jennifer . Firewall-urile cu găuri negre îi încurcă pe fizicienii teoretici  (21 decembrie 2012). Arhivat din original pe 9 noiembrie 2013. Consultat la 29 octombrie 2013. Publicat inițial Arhivat din original pe 3 iunie 2014. în Quanta, 21 decembrie 2012.
13. ↑ Milosavljević, Miloš; Merritt, David The Final Parsec Problem  // AIP Conference Proceedings. - Institutul American de Fizică, 2003. - Octombrie ( vol. 686 , nr. 1 ). - S. 201-210 . - doi : 10.1063/1.1629432 . - Cod . - arXiv : astro-ph/0212270 .
14. ↑ 12 Brooks , Michael . 13 lucruri care nu au sens  (19 martie 2005). Arhivat din original pe 23 iunie 2015. Preluat la 7 martie 2011.
15. ↑ Steinhardt, P.; Turok, N. De ce constanta cosmologică este atât de mică și pozitivă  // ​​Science  :  journal. - 2006. - Vol. 312 , nr. 5777 . - P. 1180-1183 . - doi : 10.1126/science.1126231 . - Cod biblic . — arXiv : astro-ph/0605173 . — PMID 16675662 .
16. ↑ Wang, Qingdi; Zhu, Zhen; Unruh, William G.Cum gravitează energia uriașă a vidului cuantic pentru a conduce expansiunea cu accelerare lentă a Universului  // Physical Review D  : journal . - 2017. - 11 mai ( vol. 95 , nr. 10 ). — P. 103504 . - doi : 10.1103/PhysRevD.95.103504 . - . - arXiv : 1703.00543 . . — „Această problemă este considerată pe scară largă drept unul dintre obstacolele majore în calea progresului în continuare în fizica fundamentală [...] Importanța ei a fost subliniată de diverși autori din diferite aspecte. De exemplu, a fost descrisă ca o „adevărată criză” [...] și chiar „mama tuturor problemelor de fizică” [...] Deși ar putea fi posibil ca oamenii care lucrează la o anumită problemă să tindă să sublinieze sau chiar exagerând importanța acesteia, autorii respectivi sunt cu toții de acord că aceasta este o problemă care trebuie rezolvată, deși există puține acorduri cu privire la direcția corectă pentru a găsi soluția.”
17. ↑ Podolsky, Dmitry Top zece probleme deschise în fizică (link inaccesibil) . NEQNET. Data accesului: 24 ianuarie 2013. Arhivat din original pe 22 octombrie 2012. (nedefinit) 
18. ↑ Cosmologists Debate How Fast the Universe Is Expanding  , Quanta Magazine (  2019). Arhivat din original pe 8 aprilie 2020. Preluat la 24 februarie 2020.
19. ↑ Pământ rar: Viață complexă în altă parte din univers? . Revista de Astrobiologie. Preluat la 12 august 2006. Arhivat din original la 28 iunie 2011. (nedefinit)
20. ↑ Sagan, Carl Căutarea inteligenței extraterestre . Revista Cosmic Search. Preluat la 12 august 2006. Arhivat din original la 18 august 2006. (nedefinit)
21. ↑ Kiger, Patrick J. Ce este Wow! semnal? . National Geographic Channel (21 iunie 2012). Preluat la 2 iulie 2016. Arhivat din original la 9 iulie 2016. (nedefinit)