Tajna svemira
19 Tra 2019
- Detalji
- Kategorija: Mirin Blog
- Kreirano: Petak, 19 Travanj 2019 20:43
- Napisao/la Miro Sinj
- Hitovi: 3801
Što je tamna materija?
Otprilike 80 posto mase svemira sastoji se od materijala kojeg znanstvenici ne mogu izravno promatrati. Poznata kao tamna tvar, ovaj bizarni sastojak ne emitira svjetlo ili energiju. Zašto onda znanstvenici misle da ona dominira?
Studije drugih galaksija iz 1950-ih prvi su pokazale da je svemir sadržavao više materije nego što se vidi golim okom. Podrška za tamnu tvar je narasla, i iako nisu otkriveni čvrsti izravni dokazi o tamnoj tvari, posljednjih godina postoje velike mogućnosti.
"Pokreti zvijezda govore vam koliko ima stvari", kaže Pieter van Dokkum, istraživač sa Sveučilišta Yale. "Nije ih briga u kojoj se formi radi, samo ti kažu da je tamo." Van Dokkum je vodio tim koji je identificirao galaksiju Dragonfly 44, koja je gotovo u cijelosti sastavljena od tamne tvari.
Poznati materijal svemira, poznat kao barionska materija, sastoji se od protona, neutrona i elektrona. Tamna tvar može biti izrađena od barionske ili ne-barionske materije. Da bi držali elemente svemira zajedno, tamna tvar mora činiti otprilike 80 posto svoje tvari.
Materija koja nedostaje jednostavno može biti izazovnija za otkrivanje, sastavljena od regularne, bariozne materije. Potencijalni kandidati uključuju tamne smeđe patuljke, bijele patuljke i neutrinske zvijezde. Supermasivne crne rupe također mogu biti dio razlike. Međutim, ovi teški predmeti morali bi igrati dominantniju ulogu nego što su znanstvenici primijetili da bi sastavili nestalu masu, dok drugi elementi ukazuju na to da je tamna tvar egzotičnija.
Većina znanstvenika misli da se tamna tvar sastoji od ne-barionske materije. Glavni kandidat, WIMPS (slabo međudjelujuće masivne čestice), ima deset do stotinu puta veću masu protona, ali njihove slabe interakcije s "normalnom" tvari čine ih teškim za otkrivanje. Neutralne, masivne hipotetske čestice koje su teže i sporije od neutrina, glavni su kandidat, iako još nisu uočene.
Sterilni neutrini su još jedan kandidat. Neutrini su čestice koje ne čine regularnu materiju. Rijeka neutrina struji iz sunca, ali zato što rijetko komuniciraju s normalnom tvari, prolaze kroz Zemlju i njene stanovnike. Postoje tri poznata tipa neutrina; četvrti, sterilni neutrino, predložen je kao kandidat za tamnu materiju. Sterilni neutrino samo bi stupio u interakciju s regularnom tvari kroz gravitaciju."Jedno od otvorenih pitanja je postoji li uzorak za frakcije koje ulaze u svaku vrstu neutrina", rekao je za Space.com Tyce DeYoung, izvanredni profesor fizike i astronomije na Državnom sveučilištu Michigan i suradnik na eksperimentu IceCube.
Manja neutralna osovina i nenabijeni fotoni su također potencijalna rezervirana mjesta za tamnu tvar.Prema izjavi Nacionalnog laboratorija Gran Sasso u Italiji (LNGS), "Nekoliko astronomskih mjerenja potvrdilo je postojanje tamne tvari, što je dovelo do svjetskog napora da se promatraju interakcije čestica tamne tvari s običnom tvari u iznimno osjetljivim detektorima, Međutim, ove interakcije su toliko slabe da su izbjegle izravnu detekciju do tog trenutka, prisiljavajući znanstvenike na izgradnju detektora koji mnogo osjetljiviji. "Postoji i treća mogućnost - da zakoni gravitacije koji su do sada uspješno opisivali kretanje objekata unutar Sunčevog sustava te zahtijevaju reviziju.
Dokazivanje nevidljivog
Ako znanstvenici ne mogu vidjeti tamnu tvar, kako znaju da ona postoji?
Znanstvenici izračunavaju masu velikih objekata u prostoru proučavajući njihovo kretanje. Astronomi koji su istraživali spiralne galaksije pedesetih godina prošlog stoljeća očekivali su da će se materijal u centru kretati brže nego na vanjskim rubovima. Umjesto toga, otkrili su da su zvijezde na oba mjesta putovale istom brzinom, pokazujući da su galaksije sadržavale više mase nego što se moglo vidjeti. Ispitivanja plina unutar eliptičnih galaksija također ukazuju na potrebu za većom masom nego što se nalazi u vidljivim objektima. Grozdovi galaksija bi se razdvojili ako bi jedina masa koju su sadržavali bila vidljiva konvencionalnim astronomskim mjerenjima.
Ove ilustracije, uzete iz kompjuterskih simulacija, pokazuju da se oko naše galaksije Mliječnog puta nalazi skupina gomila tamne tvari. Slika objavljena 10. srpnja 2012.
(Slika: © J. Tumlinson (STScI))
Albert Einstein je pokazao da se masivni objekti u svemiru savijaju i iskrivljuju svjetlost, dopuštajući im da se koriste kao leće. Proučavajući kako je svjetlost iskrivljena od jata galaksija, astronomi su uspjeli stvoriti kartu tamne tvari u svemiru.
Sve ove metode pružaju snažnu naznaku da je većina materije u svemiru nešto što još nije vidljivo.
eksperimenti
Iako se tamna tvar razlikuje od obične materije, postoji niz eksperimenata koji rade na otkrivanju neobičnog materijala.
Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), osjetljivi detektor čestica na Međunarodnoj svemirskoj stanici, djeluje od njegove ugradnje 2011. godine.Do sada je AMS pratio više od 100 milijardi pogodaka kozmičkih zraka u svojim detektorima, izjavio je za Space.com vodeći znanstvenik AMS-a Samuel Ting, dobitnik Nobelove nagrade s Massachusetts Institute of Technology."Izmjerili smo višak pozitrona [antimaterija s elektronom], a taj višak može doći iz tamne tvari. Ali u ovom trenutku još uvijek trebamo više podataka kako bismo bili sigurni da je iz tamne tvari, rekao je Ting. "To će zahtijevati još nekoliko godina."
Povratak na Zemlju, ispod planine u Italiji, LNGS-ov XENON1T traga za znakovima interakcija nakon što se WIMP-s sudaraju s atomima ksenona. Laboratorij je nedavno objavio prve rezultate eksperimenta."Nova faza u utrci za otkrivanje tamne tvari s ultra-niskim pozadinskim masivnim detektorima na Zemlji upravo je započela s XENON1T", izjavila je glasnogovornica projekta Elena Aprile, profesorica na Sveučilištu Columbia. "Ponosni smo što smo na čelu utrke s ovim nevjerojatnim detektorom, prvim takve vrste."
Veliki podzemni eksperiment s tamnom materijom (LUX), smješten u rudniku zlata u Južnoj Dakoti, također je tražio znakove interakcija WIMP-a i ksenona. Do danas, instrument nije otkrio tajanstvenu stvar.
"Iako bi pozitivan signal bio dobrodošao, priroda nije bila tako dobra!" Cham Ghag, fizičar na University Collegeu u Londonu i suradnik na LUX-u, navodi se u priopćenju. "Ipak, nulti rezultat je značajan jer mijenja krajolik polja ograničavajući modele za ono što bi tamna tvar mogla biti iznad svega što je ranije postojalo."
IceCube Neutrino Observatorij, eksperiment zakopan pod ledom Antarktika, traga za sterilnim neutrinima. Sterilni neutrini interagiraju samo s regularnom tvari kroz gravitaciju, što je čini snažnim kandidatom za tamnu tvar.
Drugi instrumenti ne love tamnu tvar, već na njezine učinke. Planckova svemirska letjelica Europske svemirske agencije gradila je kartu svemira otkako je lansirana 2009. godine. Promatrajući kako masa svemira stupa u interakciju, letjelica može istražiti i tamnu materiju i njezinu ko-partnericu, tamnu energiju.Godine 2014. NASA-in Fermijev svemirski teleskop za gama zrake izradio je kartu srca Mliječne staze u gama zračenju, otkrivajući višak emisija gama zračenja koje se šire od njegove jezgre."Signal koji nalazimo ne može se objasniti predloženim alternativama i nalazi se u bliskoj vezi s predviđanjima vrlo jednostavnih modela tamne tvari", rekao je glavni autor Dan Hooper, astrofizičar iz Fermilaba u Illinoisu, za Space.com.
Suvišak se može objasniti anihilacijama čestica tamne tvari s masom između 31 i 40 milijardi volti, rekli su istraživači. Rezultat se ne smatra izbojem tamne tvari, budući da bi bili potrebni dodatni podaci iz drugih projekata promatranja i / ili eksperimenti izravne detekcije kako bi se potvrdila interpretacija.Tamna tvar u odnosu na tamnu energiju Iako tamna tvar čini većinu materije svemira, ona čini samo četvrtinu sastava. Svemirom dominira tamna energija.
Nakon Velikog praska svemir se počeo širiti prema van. Znanstvenici su jednom mislili da će na kraju ostati bez energije, budući da gravitacija skuplja objekte unutar nje. Ali istraživanja udaljenih supernova otkrila su da se svemir danas širi brže nego što je bio u prošlosti, a ne sporije, što ukazuje da se ekspanzija ubrzava. To bi bilo moguće samo ako bi svemir sadržavao dovoljno energije za svladavanje gravitacije - tamne energije.
izvor:https://www.space.com/20930-dark-matter.html
Comments powered by CComment