Olösta problem inom astronomi

En del av de olösta problemen inom astronomi är teoretiska, vilket innebär att existerande teorier inte verkar kunna förklara ett visst observerat fenomen eller experimentellt resultat. Andra är experimentella, vilket innebär att det är svårt att skapa ett experiment för att testa en föreslagen teori eller studera ett fenomen mer i detalj. Vissa olösta frågor inom astronomi hänvisar till engångshändelser, ovanliga fenomen som inte återkom, och vars orsaker därför förblir oklara.

Planetarisk astronomi

• Planetsystem : hur bildar accretion planetsystem [1] ? Var kom jordens vatten ifrån [1] ?
• Finns det planeter bortom Neptunus omloppsbana ? Finns det en hypotetisk planet nio ? Vad förklarar de långsträckta banorna för en grupp Kuiperbältsobjekt ?
• Saturnus rotationsfrekvens : varför har Saturnus magnetosfär en långsamt varierande periodicitet nära den som planetens moln roterar med? Vilken är den sanna rotationshastigheten för de djupa lagren av Saturnus [2] ?
• Har Pluto ringar ?

Stjärnastronomi och astrofysik

• Solcykeln : Hur genererar solen sitt periodiskt föränderliga storskaliga magnetfält? Hur genererar andra stjärnor som solen sina magnetfält, och vilka är likheterna och skillnaderna mellan solens cykler och stjärnaktiviteten hos solliknande stjärnor? Vad orsakade Maunder Low och andra stora dalar, och hur återhämtar sig solcykeln från ett minimumstillstånd?
• Uppvärmningsproblemet med solkorona : varför är solkoronan så mycket varmare än solens yta? Varför är den magnetiska återkopplingseffekten många storleksordningar snabbare än standardmodeller förutsäger?
• Vad är ursprunget till stjärnmasspektrat? Det vill säga, varför observerar astronomer samma fördelning av stjärnmassor - den initiala massfunktionen  - uppenbarligen, oavsett initialförhållandena [3] ?
• Supernovor : vad är den exakta mekanismen genom vilken utbrottet av en döende stjärna förvandlas till en explosion?
• Protonrika kärnor : vilken astrofysisk process är ansvarig för nukleosyntesen av dessa sällsynta isotoper ?
• Snabba radioskurar (FRB): Vad orsakar dessa transienta radioskurar från avlägsna galaxer, som var och en bara varar i några millisekunder? Varför upprepar vissa FRB:er med oförutsägbara intervall medan de flesta inte gör det? Dussintals modeller har föreslagits, men ingen har blivit allmänt antagen [4] .
• Oh-My-God partikel och andra kosmiska strålar med ultrahög energi : vilka fysiska processer skapar kosmiska strålar vars energi överskrider GZK-gränsen [5] ?
• Tabbystjärnans natur : vad är ursprunget till denna stjärnas ovanliga ljusstyrkavariationer ?

Galaktisk astronomi och astrofysik

• Galaxrotationsproblem : Är mörk materia ansvarig för skillnaderna i den observerade och teoretiska rotationshastigheten för stjärnor runt galaxernas centrum, eller är det något annat?
• Förhållandet mellan ålder och metallicitet hos stjärnor i den galaktiska skivan: finns det ett universellt förhållande mellan ålder och metallicitet i galaxens skiva (både i de "tunna" och i de "tjocka" delarna av skivan)? Även om det inte finns några bevis för ett starkt åldersmetallicitetsberoende i den lokala delen (främst den "tunna" delen) av galaxens skiva [6] , var ett urval av 229 närliggande stjärnor i den "tjocka" delen av skivan. används för att studera förekomsten av ålder-metallicitetsförhållandet i den "tjocka" delen och indikerar att det finns ett sådant samband [7] [8] . Astroseismologi bekräftar frånvaron av något starkt samband mellan ålder och metallicitet i den galaktiska skivan [9] .
• Ultraluminösa röntgenkällor (ULX): vad är kraften hos röntgenkällor som inte är associerade med aktiva galaktiska kärnor , men som överskrider Eddington-gränsen i form av en neutronstjärna eller ett svart hål med stjärnmassa ? Är denna makt en konsekvens av påverkan av ett svart hål med mellanmassa ? Vissa ULX är periodiska, vilket tyder på icke-isotrop neutronstjärnestrålning. Gäller detta alla ULX? Hur kan ett sådant system bildas och förbli stabilt?
• Problem med den andra parametern : vilka parametrar, förutom metallicitet och ålder, påverkar morfologin hos den horisontella grenen av klotformade stjärnhopar ?

Svarta hål

• Gravitationssingularitet : Är allmän relativitet bruten inuti ett svart hål på grund av kvanteffekter , affin torsion eller andra fenomen?
• Inget hårsats : Har svarta hål inre struktur? Om så är fallet, hur kan det utforskas?
• Supermassivt svart hål : vad är ursprunget till M-sigma-relationen mellan massan av ett supermassivt svart hål och hastighetsspridningen av en galax [10] ? Hur "växte" de mest avlägsna kvasarerna sina supermassiva svarta hål till 10 10 solmassor så tidigt i universums historia?
• Svarthålsinformationsparadox och svarthålsstrålning : producerar svarta hål värmestrålning som förväntat av teorin [ 11] ? Om detta är sant, och svarta hål kan avdunsta, vad händer med informationen som lagras i dem (eftersom kvantmekaniken inte tillhandahåller förstörelse av information)? Eller slutar strålningen någon gång när det är lite kvar av det svarta hålet?
• Brandvägg : Finns det en brandvägg runt ett svart hål [12] ?
• Senaste Parsec-problemet : Supermassiva svarta hål verkar ha gått samman - ett liknande par observerades i PKS 1302-102 . Teorin förutspår dock att när supermassiva svarta hål når ett avstånd på ungefär en parsec, kommer det att ta dem många miljarder år att nå en omloppsbana som är tillräckligt nära för att smälta samman - mer än universums ålder [13] .

Kosmologi

• Mörk materia: vad är mörk materias identitet [14] ? Är det en partikel ? Är det den lättaste superpartnern ? Pekar de fenomen som tillskrivs mörk materia inte på någon form av materia, utan på en förlängning av gravitationsbegreppet ?
• Mörk energi : vad är anledningen till den observerade accelererade expansionen av universum ( de Sitter-fasen )? Varför är energitätheten för den mörka energikomponenten densamma som materiens densitet för närvarande, när de utvecklas över tiden på helt olika sätt; kan det bara vara så att vi observerar vid rätt tidpunkt ? Är mörk energi en ren kosmologisk konstant, eller är alternativa modeller (kvintessens) tillämpliga, såsom fantomenergi ?
• Baryonsymmetri : varför finns det så mycket mer materia i det observerbara universum än antimateria ?
• Kosmologisk konstant problem : Varför gjorde noll vakuumenergi inte den kosmologiska konstanten stor? Vad hindrade detta [15] [16] ?
• Universums storlek och form : Diametern på det observerbara universum är cirka 93 miljarder ljusår , men hur stor är storleken på hela universum? Vad är ett 3 -grenrör i kommande rymd , d.v.s. den kommande rumsliga delen av universum, informellt kallad universums "form"? Varken krökningen eller topologin är för närvarande känd, även om krökningen är känd för att vara nära noll på observerade skalor. Universums inflationsmodell antyder att universums form kan vara omätbar, men sedan 2003 har Jean-Pierre Lumine och andra grupper föreslagit att universums form kan vara Poincaré dodekaedrisk rymd . Är formen omätbar; Poincaré-utrymme, eller ett annat 3-grenrör?
• Inflationsmodell av universum : är teorin om kosmologisk inflation korrekt i det tidigaste universum, och i så fall, vilka är detaljerna i denna epok? Vad är det hypotetiska inflatonskalärfältet som gav upphov till kosmologisk inflation? Om kosmologisk inflation inträffade någon gång, är den kaotisk och fortsätter sålunda (på någon mycket avlägsen plats) [17] ?
• Horisontproblemet : Varför är det avlägsna universum så homogent när Big Bang -teorin förutspår mer anisotropi på natthimlen än den observerade? Kosmologisk inflation är allmänt accepterad som en lösning på problemet, men kanske är andra möjliga förklaringar lämpligare, som en variabel ljushastighet [14] ?
• Hubble-spänning : om Lambda CDM är korrekt, varför konvergerar inte mätningar av Hubble-konstanten [18] ?
• Ondskans axel : Vissa stora särdrag i en mikrovågsundersökning av himlen över 13 miljarder ljusår bort verkar matcha både solsystemets rörelse och orientering. Beror det på systematiska fel i bearbetningen, kontaminering av resultaten av lokala effekter eller en oförklarlig kränkning av den kopernikanska principen ?
• Universums ursprung och framtid : hur uppstod förutsättningarna för existensen av något? Är universum på väg mot en Big Freeze , en Big Rip , en Big Crunch eller en Big Rebound ? Eller är det en del av ett oändligt återkommande cykliskt mönster ?
• Kuspproblemet : vad förklarar skillnaden mellan den observerade fördelningen av mörk materia i galaxens halo och den teoretiskt förutspådda?

Utomjordiskt liv

• Finns det annat liv i universum? I synnerhet, finns det något annat intelligent liv? Om så är fallet, vad förklarar Fermi-paradoxen [19] [20] ?
• Typen av "Wow!"-signalen : var denna enstaka händelse en riktig signal och, i så fall, vad var dess ursprung [21] ?

Anteckningar

1. ↑ 1 2 Carnegie Institution. Making Earth-Like Planets: Five Great Mysteries . YouTube (16 juni 2014). Hämtad 21 mars 2020. Arkiverad från originalet 4 maj 2020. (obestämd)
2. ↑ Forskare finner att Saturnus rotationsperiod är ett pussel . NASA (28 juni 2004). Tillträdesdatum: 22 mars 2007. Arkiverad från originalet den 29 juli 2011. (obestämd)
3. ↑ Kroupa, Pavel. The Initial Mass Function of Stars: Evidence for Uniformity in Variable Systems  (engelska)  // Science : journal. - 2002. - Vol. 295 , nr. 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. En levande teorikatalog för snabba  radioskurar  // Fysikrapporter : journal. - 2019. - Vol. 821 . - S. 1-27 . - doi : 10.1016/j.physrep.2019.06.003 . — . - arXiv : 1810.05836 .
5. ↑ Wolchover, Natalie Partikeln som bröt en kosmisk hastighetsgräns . Quanta Magazine (14 maj 2015). Hämtad 4 maj 2018. Arkiverad från originalet 26 oktober 2017. (obestämd)
6. ↑ Casagrande, L.; Schönrich, R.; Asplund, M.; Cassisi, S.; Ramirez, I.; Melendez, J.; Bensby, T.; Feltzing, S.Nya begränsningar för den kemiska utvecklingen av solområdet och galaktiska skivor  //  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. En möjlig ålder-metallicitetsrelation i den galaktiska tjockskivan? (engelska)  // Astronomy and Astrophysics  : journal. - 2004. - Juli ( vol. 421 , nr 3 ). - P. 969-976 . - doi : 10.1051/0004-6361:20035957 . - . — arXiv : astro-ph/0403591 .
8. ↑ Gilmore, G.; Asiri, HM Open Issues in the Evolution of the Galactic Disks // Stellar Clusters & Associations: A RIA Workshop on Gaia. Förfaranden. 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. Mätning av den vertikala åldersstrukturen för den galaktiska skivan med asteroseismologi och 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, DavidEn grundläggande relation mellan supermassiva svarta hål och deras värdgalaxer  //  The Astrophysical Journal  : journal. - IOP Publishing , 2000. - Vol. 539 , nr. 1 . - P. L9–L12 . - doi : 10.1086/312838 . - . - arXiv : astro-ph/0006053 .
11. ↑ Peres, Asher; Terno, Daniel R. Kvantinformation och relativitetsteori  (engelska)  // Reviews of Modern Physics  : journal. - 2004. - Vol. 76 , nr. 1 . - S. 93-123 . - doi : 10.1103/revmodphys.76.93 . - . — arXiv : quant-ph/0212023 .
12. ↑ Ouellette, Jennifer . Black Hole Firewalls förvirrar teoretiska fysiker  (21 december 2012). Arkiverad från originalet den 9 november 2013. Hämtad 29 oktober 2013. Ursprungligen publicerad Arkiverad från originalet 3 juni 2014. i Quanta, 21 december 2012.
13. ↑ Milosavljević, Miloš; Merritt, David The Final Parsec Problem  // AIP Conference Proceedings. - American Institute of Physics, 2003. - Oktober ( vol. 686 , nr 1 ). - S. 201-210 . - doi : 10.1063/1.1629432 . - . - arXiv : astro-ph/0212270 .
14. ^ 12 Brooks , Michael . 13 saker som inte är meningsfulla  (19 mars 2005). Arkiverad från originalet den 23 juni 2015. Hämtad 7 mars 2011.
15. ↑ Steinhardt, P.; Turok, N. Varför den kosmologiska konstanten är så liten och positiv  // Science  :  journal. - 2006. - Vol. 312 , nr. 5777 . - P. 1180-1183 . - doi : 10.1126/science.1126231 . - . — arXiv : astro-ph/0605173 . — PMID 16675662 .
16. ↑ Wang, Qingdi; Zhu, Zhen; Unruh, William G.Hur den enorma energin av kvantvakuum graviterar för att driva den långsamma accelererande expansionen av universum  // Physical Review D  : journal . - 2017. - 11 maj ( vol. 95 , nr 10 ). — S. 103504 . - doi : 10.1103/PhysRevD.95.103504 . - . - arXiv : 1703.00543 . . — “Detta problem anses allmänt som ett av de största hindren för ytterligare framsteg inom fundamental fysik [...] Dess betydelse har betonats av olika författare från olika aspekter. Till exempel har det beskrivits som en "veritabel kris" [...] och till och med "modern till alla fysikproblem" [...] Även om det kan vara möjligt att människor som arbetar med ett visst problem tenderar att betona eller t.o.m. överdriver dess betydelse, dessa författare är alla överens om att detta är ett problem som måste lösas, även om det råder lite enighet om vad som är rätt riktning för att hitta lösningen."
17. ↑ Podolsky, Dmitry Topp tio öppna problem i fysik (otillgänglig länk) . NEQNET. Datum för åtkomst: 24 januari 2013. Arkiverad från originalet den 22 oktober 2012. (obestämd) 
18. ↑ Kosmologer debatterar hur snabbt universum expanderar  , Quanta Magazine (  2019). Arkiverad från originalet den 8 april 2020. Hämtad 24 februari 2020.
19. ↑ Rare Earth: Komplext liv någon annanstans i universum? . Astrobiologi Magazine. Hämtad 12 augusti 2006. Arkiverad från originalet 28 juni 2011. (obestämd)
20. ↑ Sagan, Carl Jakten på utomjordisk intelligens . Cosmic Search Magazine. Hämtad 12 augusti 2006. Arkiverad från originalet 18 augusti 2006. (obestämd)
21. ↑ Kiger, Patrick J. Vad är Wow! signal? . National Geographic Channel (21 juni 2012). Hämtad 2 juli 2016. Arkiverad från originalet 9 juli 2016. (obestämd)