Az Univerzum nagy része olyan anyagból áll, amelyet nem lehet látni, valószínűleg nem lényeges, és csak a gravitációs erő segítségével kölcsönhatásba lép más dolgokkal. Ó, igen, és a fizikusok nem tudják, mi ez a kérdés, vagy miért van ilyen sok az univerzumban - tömegének körülbelül négyötöde.
A tudósok sötét anyagnak hívják.
Tehát hol van ez a titokzatos ügy, amely alkotja az univerzumunk ilyen hatalmas darabját, és mikor fedezik fel a tudósok?
Honnan tudjuk, hogy létezik ez a kérdés?
A sötét anyag hipotézisét először a svájci csillagász Fritz Zwicky állította elő az 1930-as években, amikor rájött, hogy a galaxis klaszterek tömegeinek mérése azt mutatja, hogy az univerzum tömegének egy része „hiányzik”. Amit a galaxisok nehezebbé tesznek, nem bocsát ki semmilyen fényt, és csak a gravitáció révén mûködik együtt.
Vera Rubin csillagász az 1970-es években rájött, hogy a galaxisok forgása nem követi Newton mozgás törvényét; A galaxisokban levő csillagok (különösen Andromeda) úgy tűnt, hogy ugyanolyan sebességgel forognak a központ körül, de a csillagtól távolabbiek lassabban mozognak. Mintha valami hozzáadna tömeget a galaxis külső részéhez, amelyet senki sem láthatott volna.
A bizonyítékok fennmaradó része a gravitációs lencséből származik, amely akkor fordul elő, amikor egy nagy tárgy gravitációja egy hullámot hull meg egy tárgy körül. Albert Einstein általános relativitáselmélet-elmélete szerint a gravitáció meghajolja a teret (mint egy sumo birkózó deformálhatja a szőnyeget, amelyen áll) úgy, hogy a fénysugarak nagy tárgyak körül hajlanak, annak ellenére, hogy a fény önmagában nem tömeg. A megfigyelések azt mutatták, hogy nem volt elegendő látható tömeg a fény meghajlításához, mint az egyes galaxiscsoportok körül történt - más szóval, a galaxisok tömegesek voltak, mint amilyennek kellene lenniük.
Promóciós videó:
Aztán ott van a relikviás sugárzás (CMB), a Big Bang és a supernova „visszhangja”. "A CMB azt mondja nekünk, hogy az univerzum térben sima" - mondta Jason Kumar, a Hawaii Egyetem fizika professzora. A „térben lapos” azt jelenti, hogy ha két vonalat húz az univerzumon, akkor soha nem keresztezik egymást, még akkor sem, ha a vonalak milliárd fényév átmérőjűek lennének. Egy meredeken ívelt univerzumban ezek a vonalak az űr valamely pontján találkoznak.
A kozmológusok és a csillagászok között most vita merül fel arról, hogy létezik-e sötét anyag. Nem befolyásolja a fényt, és nem töltött meg, mint elektronok vagy protonok. Eddig elkerülte a közvetlen észlelést.
- Ez rejtély - mondta Kumar. Lehet, hogy a tudósok megpróbálták „látni” a sötét anyagot - akár a közönséges anyaggal való kölcsönhatás révén, akár olyan részecskék keresésével, amelyek sötét anyag lehetnek.
Ami a sötét anyag, nem az
Sok elmélet jött és ment el arról, hogy mi a sötét anyag. Az elsők elég logikusak voltak: a kérdést olyan hatalmas asztrofizikai kompakt halogén objektumokban (MACHO) rejtették el, mint például neutroncsillagok, fekete lyukak, barna törpék és gazember bolygók. Nem bocsátanak ki fényt (vagy nagyon kevés), tehát gyakorlatilag láthatatlanok a távcsövek számára.
Ugyanakkor a MACHO által előállított csillagfényben kis torzulásokat kereső galaxisok - úgynevezett mikrolengetés - feltárása nem tudta megmagyarázni a galaxisok körül lévő sötét anyag mennyiségét, vagy akár annak nagy részét. „Úgy tűnik, hogy a MACHO-k ugyanolyan kirekesztettek, mint valaha” - mondta Dan Hooper, az Illinois-i Fermi Nemzeti Gyorsító laboratórium munkatársa.
A sötét anyag nem tűnik olyan gázfelhőnek, amelyet a távcsövek nem látnak. A diffúz gáz elnyeli a távoli galaxisok fényét, és ennek a tetejének a teteje a hosszú hullámhosszon újra sugárzást bocsát ki - hatalmas az infravörös fény kibocsátása az égbolton. Mivel ez nem történik meg, kizárhatjuk azt.
Mi lehet az?
A gyengén kölcsönhatásban lévő nagy részecskék (WIMP-k) a legerősebb érvelők a sötét anyag magyarázatához. A wimpák nehéz részecskék - körülbelül 10-100-szor nehezebbek, mint a proton, amelyeket a Nagyrobbanás során hoztak létre, és ma is kis számban maradnak. Ezek a részecskék a gravitáció és a gyenge nukleáris erők révén kölcsönhatásba lépnek a normál anyaggal. A tömegesebb WIMP-k lassabban mozognak az űrben, ezért a „hideg” sötét anyag jelöltjei lehetnek, míg a könnyebbek gyorsabban mozognak, és „meleg” sötét anyag jelöltjei lehetnek.
Az egyik módszer ezek megtalálására a „közvetlen észlelés”, például a nagyméretű föld alatti Xenon (LUX) kísérlet, amely folyékony xenon tartálya egy dél-dakota bányában.
A wimps látásának másik módja lehet részecskegyorsító. A gyorsítókon belül az atommagokat a fénysebességhez közeli sebességgel bontják el, és a folyamat során ez az ütközés energiája más részecskékké alakul, amelyek közül néhány új a tudományban. A részecskegyorsítókban eddig semmit sem találtak, ami feltételezett sötét anyagnak tűnik.
Egy másik lehetőség: axiók. Ezeket a szubatomi részecskéket közvetett módon detektálhatják az általuk kibocsátott sugárzás típusai, hogyan pusztítják el, vagy hogyan bomlanak más típusú részecskékké, vagy megjelennek a részecskegyorsítókban. Az axiókra vonatkozóan azonban semmi közvetlen bizonyíték nincs.
Mivel a nehéz, lassú „hideg” részecskék, például a wimpok vagy axiók felfedezése még nem eredményezett, néhány tudós megvizsgálja a könnyű, gyorsabban mozgó részecskék lehetőségét, amelyek „meleg” sötét anyagot okoznak. Megújult az érdeklődés a sötét anyag ilyen modellje iránt, miután a tudósok bizonyítékokat találtak ismeretlen részecskékről a Chandra X-ray Observatory segítségével, a Perseus klaszterben, egy galaxiscsoportban, amely körülbelül 250 millió fényévnyire van a Földtől. Ebben a klaszterben az ismert ionok bizonyos vonalakat hoznak létre a röntgenkibocsátás során, és 2014-ben a tudósok új „vonalat” láttak, amely megfelelhet egy ismeretlen fényrészecskének.
Ha a sötét anyag részecskéi világosak, a tudósoknak nehéz lesz közvetlenül észlelni őket - mondta Tracy Slater, az MIT fizikusa. Új típusú részecskéket javasolt, amelyek képesek alkotni a sötét anyagot.
"Az 1 GeV alatti tömegű sötét anyagot valóban nehéz felismerni a szokásos közvetlen detektálási kísérletekkel, mivel az atomi magok megmagyarázhatatlan visszatekercseinek keresésével működnek … de amikor a sötét anyag sokkal könnyebb, mint az atommag, az visszatérési energia nagyon kicsi" - mondta Tracy. Palafedő munkás.
Sok kutatást végeztek a sötét anyag keresésével kapcsolatban, és ha a jelenlegi módszerek kudarcot vallnak, újakat végeznek. A „folyékony” folyékony hélium, a félvezetők és a kristályokban lévő kémiai kötések megszakítása néhány új ötlet a sötét anyag kimutatására.