Nevyřešené problémy v astronomii

Některé z nevyřešených problémů v astronomii jsou teoretické, což znamená, že existující teorie se zdají neschopné vysvětlit konkrétní pozorovaný jev nebo výsledek experimentu. Jiné jsou experimentální, což znamená, že je obtížné vytvořit experiment pro testování navrhované teorie nebo podrobnější studium jevu. Některé nevyřešené otázky v astronomii se týkají jednorázových událostí, neobvyklých jevů, které se neopakovaly, a jejichž příčiny proto zůstávají nejasné.

Planetární astronomie

• Planetární systémy : jak akrece tvoří planetární systémy [1] ? Odkud se vzala zemská voda [1] ?
• Existují planety za oběžnou dráhou Neptunu ? Existuje hypotetická planeta devět ? Co vysvětluje protáhlé dráhy skupiny objektů Kuiperova pásu ?
• Rotační frekvence Saturnu : proč má Saturnova magnetosféra pomalu se měnící periodicitu blízkou periodicitě, se kterou rotují oblaka planety? Jaká je skutečná rychlost rotace hlubokých vrstev Saturnu [2] ?
• Má Pluto prsteny ?

Hvězdná astronomie a astrofyzika

• Sluneční cyklus : Jak Slunce generuje své periodicky se měnící rozsáhlé magnetické pole? Jak ostatní hvězdy jako Slunce generují svá magnetická pole a jaké jsou podobnosti a rozdíly mezi cykly Slunce a hvězdnou aktivitou hvězd podobných Slunci? Co způsobilo Maunderovo minimum a další velká minima a jak se sluneční cyklus zotavuje z minimálního stavu?
• Problém ohřevu sluneční koróny : proč je sluneční koróna o tolik teplejší než povrch slunce? Proč je efekt magnetického opětovného připojení o mnoho řádů rychlejší, než předpovídají standardní modely?
• Jaký je původ hmotnostního spektra hvězd? To znamená, proč astronomové pozorují stejné rozložení hmotností hvězd - počáteční hmotnostní funkci  - zjevně bez ohledu na počáteční podmínky [3] ?
• Supernovy : jaký je přesný mechanismus, kterým se výbuch umírající hvězdy změní v explozi?
• Jádra bohatá na protony : jaký astrofyzikální proces je zodpovědný za nukleosyntézu těchto vzácných izotopů ?
• Rychlé rádiové záblesky (FRB): Co způsobuje tyto přechodné rádiové záblesky ze vzdálených galaxií, z nichž každý trvá jen několik milisekund? Proč se některé FRB opakují v nepředvídatelných intervalech, zatímco většina ne? Byly navrženy desítky modelů, ale žádný nebyl široce přijat [4] .
• Oh-My-Bože částice a další ultravysokoenergetické kosmické záření : jaké fyzikální procesy vytvářejí kosmické záření, jehož energie přesahuje limit GZK [5] ?
• Povaha mourovaté hvězdy : jaký je původ neobvyklých změn jasu této hvězdy ?

Galaktická astronomie a astrofyzika

• Problém rotace galaxií : Je temná hmota zodpovědná za rozdíly v pozorované a teoretické rychlosti rotace hvězd kolem středu galaxií, nebo je to něco jiného?
• Poměr stáří a metalicity hvězd v galaktickém disku: existuje v disku Galaxie (jak v "tenké" tak v "tlusté" části disku) univerzální poměr stáří a kovu? Ačkoli neexistují žádné důkazy o silné závislosti na stáří a metalicitě v místní části (především „tenké“ části) disku Galaxie [6] , vzorek 229 blízkých hvězd v „tlusté“ části disku byl nalezen. používá ke studiu existence vztahu věk-metalicita v "tlusté" části a naznačuje, že takový vztah existuje [7] [8] . Astroseismologie potvrzuje nepřítomnost jakéhokoli silného vztahu mezi stářím a metalicitou v galaktickém disku [9] .
• Ultraluminous X-ray sources (ULXs): jaká je síla zdrojů rentgenového záření, které nejsou spojeny s aktivními galaktickými jádry , ale překračují Eddingtonův limit ve formě neutronové hvězdy nebo černé díry s hvězdnou hmotností ? Je tato síla důsledkem vlivu středně hmotné černé díry ? Některé ULX jsou periodické, což naznačuje neizotropní záření neutronových hvězd. Platí to pro všechny ULX? Jak může takový systém vzniknout a zůstat stabilní?
• Problém druhého parametru : jaké parametry kromě metalicity a stáří ovlivňují morfologii horizontální větve kulových hvězdokup ?

Černé díry

• Gravitační singularita : Je obecná teorie relativity narušena uvnitř černé díry v důsledku kvantových efektů , afinní torze nebo jiných jevů?
• No hair teorem : Mají černé díry vnitřní strukturu? Pokud ano, jak ji lze prozkoumat?
• Supermasivní černá díra : jaký je původ M-sigma vztahu mezi hmotností supermasivní černé díry a rozptylem rychlosti v galaxii [10] ? Jak nejvzdálenější kvasary "narostly" ze svých supermasivních černých děr na hmotnost 10 10 Sluncí tak brzy v historii vesmíru?
• Informační paradox černých děr a záření černé díry: produkují černé díry tepelné záření, jak se očekává z teorie [11] ? Pokud je to pravda a černé díry se mohou vypařit, co se stane s informacemi v nich uloženými (protože kvantová mechanika nezajišťuje zničení informace)? Nebo se záření zastaví v určitém bodě, když z černé díry zbyde jen málo?
• Firewall : Je kolem černé díry firewall [12] ?
• Problém posledního parseku : Zdá se , že supermasivní černé díry se spojily -- podobný pár byl pozorován v PKS 1302-102 . Teorie však předpovídá, že když supermasivní černé díry dosáhnou vzdálenosti asi jednoho parseku, bude jim trvat mnoho miliard let, než se dostanou na oběžnou dráhu dostatečně blízkou, aby se sloučily – více než stáří vesmíru [13] .

Kosmologie

• Temná hmota: jaká je identita temné hmoty [14] ? Je to částice ? Je to nejlehčí superpartner ? Ukazují jevy připisované temné hmotě nikoli k nějaké formě hmoty, ale k rozšíření konceptu gravitace ?
• Temná energie : jaký je důvod pozorovaného zrychleného rozpínání vesmíru ( de Sitterova fáze )? Proč je energetická hustota složky temné energie stejná jako hustota hmoty v současné době, když se v čase vyvíjejí úplně jinak; může to být jen tím, že pozorujeme ve správný čas ? Je temná energie čistá kosmologická konstanta, nebo jsou použitelné alternativní modely (kvintesence), jako je fantomová energie ?
• Baryonová asymetrie : proč je v pozorovatelném vesmíru mnohem více hmoty než antihmoty ?
• Problém kosmologické konstanty : Proč nulová energie vakua neučinila kosmologickou konstantu velkou? Co tomu zabránilo [15] [16] ?
• Velikost a tvar vesmíru : Průměr pozorovatelného vesmíru je asi 93 miliard světelných let , ale jaká je velikost celého vesmíru? Co je to 3 - manifold v comoving space , tj. comoving prostorová část vesmíru, neformálně nazývaná "tvar" vesmíru? Ani zakřivení, ani topologie nejsou v současné době známy, ačkoli je známo, že zakřivení je na pozorovaných měřítcích blízké nule. Inflační model vesmíru naznačuje, že tvar vesmíru může být neměřitelný, ale od roku 2003 Jean-Pierre Lumine a další skupiny navrhli, že tvar vesmíru může být dvanáctistěnný Poincaré prostor . Je forma neměřitelná; Poincarého prostor, nebo další 3-rozdělovač?
• Inflační model vesmíru : Je teorie kosmologické inflace v nejstarším vesmíru správná, a pokud ano, jaké jsou podrobnosti této epochy? Co je to hypotetické inflatonové skalární pole , které dalo vzniknout kosmologické inflaci? Pokud v určitém okamžiku nastala kosmologická inflace, je chaotická a pokračuje (na nějakém velmi vzdáleném místě) [17] ?
• Problém horizontu : Proč je vzdálený vesmír tak homogenní, když teorie velkého třesku předpovídá větší anizotropii na noční obloze než pozorovanou? Kosmologická inflace je obecně přijímána jako řešení problému, ale možná jsou vhodnější jiná možná vysvětlení, jako je proměnná rychlost světla [14] ?
• Hubbleovo napětí : pokud je Lambda CDM správná, proč se měření Hubbleovy konstanty nesbližují [18] ?
• Axis of Evil : Zdá se, že některé velké rysy mikrovlnného průzkumu oblohy vzdálené přes 13 miliard světelných let odpovídají jak pohybu, tak orientaci Sluneční soustavy. Je to způsobeno systematickými chybami ve zpracování, kontaminací výsledků lokálními vlivy nebo nevysvětlitelným porušením Koperníkova principu ?
• Vznik a budoucnost vesmíru : jak vznikly podmínky pro existenci něčeho? Směřuje vesmír k velkému zmrazení , velkému roztržení , velkému crunch nebo velkému odrazu ? Nebo je to součást nekonečně se opakujícího cyklického vzoru ?
• Problém hrotu : co vysvětluje rozdíl mezi pozorovanou distribucí temné hmoty v halu galaxií a teoreticky předpovězenou?

Mimozemský život

• Existuje ve vesmíru jiný život? Konkrétně, existuje nějaký jiný inteligentní život? Pokud ano, co vysvětluje Fermiho paradox [19] [20] ?
• Povaha signálu „Wow!“ : byla tato jediná událost skutečným signálem a pokud ano, jaký byl její původ [21] ?

Poznámky

1. ↑ 1 2 Carnegie Institution. Vytváření planet podobných Zemi: Pět velkých záhad . YouTube (16. června 2014). Získáno 21. března 2020. Archivováno z originálu dne 4. května 2020. (neurčitý)
2. ↑ Vědci zjistili, že rotační perioda Saturnu je hádankou . NASA (28. června 2004). Datum přístupu: 22. března 2007. Archivováno z originálu 29. července 2011. (neurčitý)
3. ↑ Kroupa, Pavel. The Initial Mass Function of Stars: Evidence for Uniformity in Variable Systems  (anglicky)  // Science : journal. - 2002. - Sv. 295 , č.p. 5552 . - S. 82-91 . - doi : 10.1126/science.1067524 . - . - arXiv : astro-ph/0201098 . — PMID 11778039 .
4. ↑ Platts, E.; Weltman, A.; Walter, A.; Tendulkar, S. P.; Gordin, JEB; Kandhai, S. Živý teoretický katalog pro rychlé rádiové záblesky   // Physics Reports : deník. - 2019. - Sv. 821 . - str. 1-27 . - doi : 10.1016/j.physrep.2019.06.003 . — . - arXiv : 1810.05836 .
5. ↑ Wolchover, Natalie Částice, která prolomila kosmický rychlostní limit . Magazín Quanta (14. května 2015). Staženo 4. 5. 2018. Archivováno z originálu 26. 10. 2017. (neurčitý)
6. ↑ Casagrande, L.; Schönrich, R.; Asplund, M.; Cassisi, S.; Ramirez, I.; Melendez, J.; Bensby, T.; Feltzing, S.Nová omezení chemického vývoje slunečního okolí a galaktického disku (disků  )  // Astronomy and Astrophysics  : journal. - 2011. - Sv. 530 . — S. A138 . - doi : 10.1051/0004-6361/201016276 . - . - arXiv : 1103.4651 .
7. ↑ Bensby, T.; Feltzing, S.; Lundström, I. Možný vztah stáří-metalicita v galaktickém tlustém disku? (anglicky)  // Astronomy and Astrophysics  : journal. - 2004. - Červenec ( roč. 421 , č. 3 ). - str. 969-976 . - doi : 10.1051/0004-6361:20035957 . - . — arXiv : astro-ph/0403591 .
8. ↑ Gilmore, G.; Asiri, HM Otevřené problémy ve vývoji galaktických disků // Stellar Clusters & Associations: A RIA Workshop on Gaia. Sborník. 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. Měření vertikální věkové struktury galaktického disku pomocí asteroseismologie a SAGA  // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  : journal  . - Oxford University Press , 2015. - Vol. 455 , č.p. 1 . - S. 987-1007 . - doi : 10.1093/mnras/stv2320 . - . - arXiv : 1510.01376 .
10. ↑ Ferrarese, Laura; Merritte, DavideZákladní vztah mezi supermasivními černými dírami a jejich hostitelskými galaxiemi  //  The Astrophysical Journal  : journal. - IOP Publishing , 2000. - Sv. 539 , č.p. 1 . - S. L9–L12 . - doi : 10.1086/312838 . - . - arXiv : astro-ph/0006053 .
11. ↑ Peres, Asher; Terno, Daniel R. Kvantová informace a teorie relativity  (anglicky)  // Reviews of Modern Physics  : journal. - 2004. - Sv. 76 , č. 1 . - S. 93-123 . - doi : 10.1103/revmodphys.76.93 . - . — arXiv : quant-ph/0212023 .
12. ↑ Ouellette, Jennifer . Black Hole Firewalls Confound Theoretical Physicists  (21. prosince 2012). Archivováno z originálu 9. listopadu 2013. Staženo 29. října 2013. Původně vydáno Archivováno z originálu 3. června 2014. v Quantě, 21. prosince 2012.
13. ↑ Milosavljević, Miloš; Merritte, Davide The Final Parsec Problem  // Sborník konference AIP. - American Institute of Physics, 2003. - Říjen ( vol. 686 , č. 1 ). - S. 201-210 . - doi : 10.1063/1.1629432 . - . - arXiv : astro-ph/0212270 .
14. ↑ 12 Brooks , Michael . 13 věcí, které nedávají smysl  (19. března 2005). Archivováno z originálu 23. června 2015. Staženo 7. března 2011.
15. ↑ Steinhardt, P.; Turok, N. Proč je kosmologická konstanta tak malá a pozitivní  // ​​Science  :  journal. - 2006. - Sv. 312 , č.p. 5777 . - S. 1180-1183 . - doi : 10.1126/science.1126231 . - . — arXiv : astro-ph/0605173 . — PMID 16675662 .
16. ↑ Wang, Qingdi; Zhu, Zhen; Unruh, William G.Jak obrovská energie kvantového vakua gravituje, aby poháněla pomalu se zrychlující expanzi vesmíru  // Physical Review D  : journal . - 2017. - 11. května ( roč. 95 , č. 10 ). — S. 103504 . - doi : 10.1103/PhysRevD.95.103504 . - . - arXiv : 1703.00543 . . — „Tento problém je široce považován za jednu z hlavních překážek dalšího pokroku v základní fyzice [...] Jeho důležitost zdůrazňovali různí autoři z různých hledisek. Například byla popsána jako „skutečná krize“ [...] a dokonce „matka všech fyzikálních problémů“ [...] I když je možné, že lidé pracující na konkrétním problému mají tendenci zdůrazňovat nebo dokonce přehánějí jeho důležitost, tito autoři se všichni shodují, že jde o problém, který je třeba vyřešit, i když panuje malá shoda v tom, jaký je správný směr k nalezení řešení.“
17. ↑ Podolsky, Dmitry Top ten otevřených problémů ve fyzice (nepřístupný odkaz) . NEQNET. Datum přístupu: 24. ledna 2013. Archivováno z originálu 22. října 2012. (neurčitý) 
18. ↑ Kosmologové debatují o tom, jak rychle se vesmír rozpíná  , Quanta Magazine (  2019). Archivováno z originálu 8. dubna 2020. Staženo 24. února 2020.
19. ↑ Vzácná země: Složitý život jinde ve vesmíru? . Časopis astrobiologie. Získáno 12. srpna 2006. Archivováno z originálu dne 28. června 2011. (neurčitý)
20. ↑ Sagan, Carl The Quest for Extraterrestrial Intelligence . Cosmic Search Magazine. Získáno 12. srpna 2006. Archivováno z originálu dne 18. srpna 2006. (neurčitý)
21. ↑ Kiger, Patrick J. What is the Wow! signál? . National Geographic Channel (21. června 2012). Získáno 2. července 2016. Archivováno z originálu 9. července 2016. (neurčitý)