A sötét energia és a sötét anyag kifejezések nem teljesen sikeresek, és szó szerinti, de nem szemantikai fordítást jelentenek angolul. Fizikai értelemben ezek a kifejezések csak azt jelentik, hogy ezek az anyagok nem lépnek kölcsönhatásba a fotonokkal, és ugyanolyan láthatatlan vagy átlátszó anyagnak és energiának nevezhetők.
A csillagászatban és a kozmológiában, valamint az elméleti fizikában a sötét anyag az anyag hipotetikus formája, amely nem bocsát ki, vagy kölcsönhatásba lép elektromágneses sugárzással. Az anyag ilyen formájának ez a tulajdonsága lehetetlenné teszi a közvetlen megfigyelést.
A sötét anyag létezésére vonatkozó következtetéseket számos, egymással összhangban álló, de az asztrofizikai tárgyak viselkedésére és az általuk létrehozott gravitációs hatásokra utaló közvetett jelek alapján vonják le. A sötét anyag természetének felfedezése segít megoldani a rejtett tömeg problémáját, amely elsősorban a galaxisok külső régióinak abnormálisan nagy forgási sebességében rejlik.
Tudjon meg többet erről …
A sötét anyag és a sötét energia nem látható a szemnek, de jelenlétüket a világegyetem megfigyelései bizonyították. Több milliárd évvel ezelőtt világegyetemünk katasztrofális Nagyroham után született. Ahogy a korai világegyetem lassan lehűlt, az élet kibontakozni kezdett benne. Ennek eredményeként csillagok, galaxisok és egyéb látható részeik képződtek. Univerzumunk mérete egyszerűen megdöbbentő. Például egy Nap elegendő egy olyan bolygó megvilágításához és melegítéséhez, mint a Föld. Ebben az esetben a Nap közepes méretű csillag, és galaxisunk önmagában 100 milliárd csillagból áll. Ez a szám meghaladja a homokos szemcsék számát egy kis tengerparton. Ez azonban nem minden.
Mint tudod, az Univerzum több milliárd galaxisból áll, ahol létezik sokféle anyag. Lehetséges, hogy ezek közül bármelyik láthatatlan volt a szem számára. Valószínűleg, mivel a legújabb kutatások eredményei azt mutatták, hogy az univerzumnak csak egytizedét láthatjuk. Ez azt jelenti, hogy az anyag több mint 90% -át egyszerűen nem tudja megvizsgálni valaki, még speciális felszerelés sem. A csillagászok ezt az ügyet sötétnek hívják.
Ismeretes, hogy a sötét anyag kölcsönhatásba lép a "fényes" (barionikus) rétegekkel, legalább gravitációs módon, és olyan közeg, amelynek átlagos kozmológiai sűrűsége többszöröse a baryonok sűrűségének. Ez utóbbiakat a sötét anyagkoncentráció gravitációs gödörei képezik. Ezért, bár a sötét anyag részecskéi nem lépnek kölcsönhatásba a fénygel, a sötét anyag ott fénnyel bocsátanak ki fényt. A gravitációs instabilitásnak ez a figyelemre méltó tulajdonsága lehetővé tette a sötét anyag mennyiségének, állapotának és eloszlásának megfigyelését a rádiótartománytól a röntgen sugarainak megfigyelési adatai alapján.
Promóciós videó:
2012-ben közzétett, több mint 400 csillag mozgását vizsgáló tanulmány, amely a Naptól 13 000 fényév távolságig helyezkedik el, nem talált bizonyítékot a sötét anyag jelenlétére a Nap körül nagy térben. Az elméletek előrejelzései szerint a sötét anyag átlagos mennyiségének a Nap közelében körülbelül 0,5 kg-nak kellett lennie a Föld térfogatában. A mérések azonban 0,00 ± 0,06 kg sötét anyag értékét adták ebben a térfogatban. Ez azt jelenti, hogy a sötét anyagnak a Földön való regisztrálására tett kísérletek, például a sötét anyag részecskék és a "rendes" anyag ritka kölcsönhatása esetén, aligha lesznek sikeresek.
A Planck Space Observatory 2013. márciusában megjelent megfigyelései szerint, a standard kozmológiai Lambda-CDM modell figyelembevételével értelmezve, a megfigyelt univerzum teljes tömegenergiája a szokásos (baryonic) anyag 4,9% -át, a sötét 26,8% -át tartalmazza. anyag és 68,3% a sötét energiából. Így az univerzum 95,1% -ban sötét anyagból és sötét energiából áll.
A sötét anyag létezésének bizonyítéka nehézsége - a gravitációs erő, amely, mint a ragasztó, fenntartja az Univerzum integritását. Az univerzum minden részét kölcsönösen vonzzák egymás. Ennek köszönhetően a tudósok képesek voltak kiszámítani a látható univerzum teljes tömegét, valamint a gravitációs erők mutatóit. A számítások során kiderült, hogy ezekben a paraméterekben nem tapasztalható jelentős egyensúlyhiány, ami okkal feltételezte, hogy van valami láthatatlan anyag, amelynek van bizonyos tömege és gravitációja is kitéve.
A sötét anyag vizsgálata Ezen túlmenően a sötét anyag létezésének bizonyítéka az volt, hogy gravitációs hatása volt más tárgyakra, ideértve a csillagok és galaxisok mozgási pályáját. Sok galaxisról azt találták, hogy a vártnál gyorsabban forog. A. Einstein gravitációs elmélete szerint különböző irányba kell repülniük. Úgy tűnik, hogy valami láthatatlan tartja őket együtt.
A sötét anyag befolyásolhatja a fény terjedésének útját is. Vizsgáltuk a gravitációs lencse jelenségét, amely abban áll, hogy a sűrű tárgyak képesek visszatükrözni a távoli tárgyak fényét, megváltoztatva a fényáramok pályáját. Ez a kép torzulásához, valamint a csillagok és galaxisok csodáinak megjelenéséhez vezet. A tudósok rögzítik ezeket a fényhajlatokat, de nem tudják megnevezni ennek a jelenségnek a természetét.
A sötét anyag az univerzumban létezhet hatalmas csillagászati objektumok (MAGO) formájában. Ide tartoznak a bolygók, holdak, barna és fehér törpék, porfelhők, neutroncsillagok és fekete lyukak. Általános szabály, hogy túl kicsik ahhoz, hogy fényüket az emberek észleljék, ám létezésük a fényáramokra gyakorolt gravitációs hatás alapján kiszámítható. Az utóbbi években a csillagászok többféle MAGO-objektumot fedeztek fel. Ezek mind szokásos baryon részecskékből, mind axinokból, neutrinekből, wimpilsból és szuperszimmetrikus sötét anyagból állhatnak.
A sötét anyag és a sötét energia kutatása
Mivel a sötét anyag iránti érdeklődés folyamatosan növekszik, új eszközök jelennek meg, amelyek szélesebb körű betekintést nyerhetnek e titokzatos jelenségbe. Például a Hubble Űrtávcső nagyon értékes információkat szolgáltatott a látható világegyetem méretéről és tömegéről. Ezek az adatok voltak az első és nagyon fontos lépés a sötét anyag valódi mennyiségének tanulmányozása felé az univerzumban.
Fontos megérteni, hogy az Univerzum felépítése nem véletlenszerű, és a Hubble segítségével részletesen ábrázolhatja annak felépítését. Nyilvánvaló, hogy a galaxisok klaszterekben helyezkednek el, és ezek a klaszterek szuper klaszterekben vannak. A kozmikus testek szuperklaszterületei szivacsos szerkezetben vannak, széles üregekkel. Nyilvánvaló, hogy egy ilyen struktúra kialakulása nagyon specifikus okokból származik. A Chandra Obszervatórium röntgen-távcsövei segítenek a hatalmas forró gázfelhők tanulmányozásában ezekben a klaszterekben. A tudósok úgy találták, hogy ezeken a területeken a sötét anyagnak is jelen kell lennie, különben a gáz kijuthat a klaszterből. Ezen felül új eszközöket fejlesztenek jelenleg, amelyek végül segítik megismerni az univerzum e sötét oldalát.
A sötét anyag részecskék tanulmányozásának megközelítései és módszerei
Jelenleg a tudósok szerte a világon minden lehetséges módon megkísérlik felfedezni vagy mesterségesen megszerezni a sötét anyag részecskéit földi körülmények között, speciálisan tervezett szupertechnológiai eszközök és számos különféle tudományos kutatási módszer alkalmazásával, ám eddig nem minden munkát koronáztak a sikernek.
Miből készül az univerzum
Az egyik módszer magában foglalja a kísérletek elvégzését nagy energiájú gyorsítón, amelyet általában ütközőknek hívnak. A tudósok úgy vélik, hogy a sötét anyag részecskéi 100-1000-szer nehezebbek, mint egy proton, úgy gondolják, hogy ezeket elő kell állítani, amikor a közönséges részecskék összeütköznek, és az ütköző nagy energiává gyorsítja őket. Egy másik módszer lényege, hogy a sötét anyag részecskéit regisztráljuk, amelyek körülöttünk vannak. A részecskék regisztrálásának fő nehézsége az, hogy nagyon gyenge kölcsönhatásban vannak a rendes részecskékkel, amelyek számukra lényegében átlátszóak. És mégis, a sötét anyag részecskéi nagyon ritkán, de ütköznek az atommagokkal, és van bizonyos remény, hogy előbb vagy utóbb regisztrálják ezt a jelenséget.
Más megközelítések és módszerek vannak a sötét anyag részecskék tanulmányozására is, és ezek közül az első fog vezetni a sikerhez, csak az idő fogja mutatni, de ezeknek az új részecskéknek a felfedezése mindenesetre jelentős tudományos eredmény lesz.
Gravitációgátló anyag
A sötét energia még szokatlan anyag, mint ugyanaz a sötét anyag. Nem képes csomóba összegyűlni, amelynek eredményeként az egész világegyetemben egyenletesen oszlik el. De a legszokatlanabb tulajdonsága jelenleg az antigravitáció.
A modern csillagászati módszereknek köszönhetően meghatározható a világegyetem terjedési sebessége a jelenlegi időben, és szimulálható annak változásának folyamata az idő előtt. Ennek eredményeként információt szereztek arról, hogy mind a közelmúltban, mind a közelmúltban világegyetemünk bővül, miközben ennek a folyamatnak a tempója folyamatosan növekszik. Ezért jelent meg a sötét energia antigravitációjára vonatkozó hipotézis, mivel a szokásos gravitációs vonzás lassító hatással lenne a "galaxisok recessziójának" folyamatára, korlátozva az univerzum terjedési sebességét. Ez a jelenség nem ellentmond a relativitáselmélet általános elméletének, ugyanakkor a sötét energiának negatív nyomásnak kell lennie - ez a tulajdonság nem létezik a jelenleg ismert anyagok közül.
Jelöltek a "Sötét Energia" szerepére
A galaxisok tömege az Abel 2744 klaszterben kevesebb, mint a teljes tömeg 5% -a. Ez a gáz olyan meleg, hogy csak a röntgen-tartományban világít (a képen piros). A láthatatlan sötét anyag eloszlása (amely a klaszter tömegének körülbelül 75% -át teszi ki) kék színű.
Az egyik feltételezett jelölés a sötét energia szerepére a vákuum, amelynek energiasűrűsége változatlan marad az Univerzum tágulása során, és ezáltal megerősíti a vákuum negatív nyomását. Egy másik feltételezett jelölt a "kvinteszence" - egy korábban még nem feltárt szupergyenges mező, amely állítólag az egész univerzumon áthalad. Más lehetséges jelöltek is vannak, de jelenleg egyikük sem járult hozzá a pontos válasz megszerzéséhez a kérdésre: mi a sötét energia? De már nyilvánvaló, hogy a sötét energia teljesen természetfeletti valami, és továbbra is a 21. századi alapfizika fő rejtélye marad.