Begreppen mörk energi och mörk materia är inte helt framgångsrika och representerar en bokstavlig, men inte semantisk översättning från engelska. I fysisk mening innebär dessa termer endast att dessa ämnen inte interagerar med fotoner, och de kan lika gärna kallas osynliga eller transparenta materier och energi.
Mörk materia i astronomi och kosmologi, liksom i teoretisk fysik, är en hypotetisk form av materia som inte avger eller interagerar med elektromagnetisk strålning. Denna egenskap hos denna form av materia gör dess direkta observation omöjlig.
Slutsatsen om förekomsten av mörk materia görs på grundval av många, förenliga med varandra, men indirekta tecken på beteendet hos astrofysiska föremål och de gravitationseffekter de skapar. Upptäckten av mörk materiens natur kommer att hjälpa till att lösa problemet med dold massa, som i synnerhet ligger i den onormalt höga rotationshastigheten för de yttre områdena av galaxer.
Låt oss ta reda på mer om allt detta …
Mörkt material och mörk energi är inte synligt för ögat, men deras närvaro har bevisats genom observationer av universum. För miljarder år sedan föddes vårt universum efter en katastrofal Big Bang. När det tidiga universumet långsamt kyldes började livet utvecklas i det. Som ett resultat bildades stjärnor, galaxer och andra synliga delar av den. Storleken på vårt universum är helt enkelt häpnadsväckande. En sol räcker till exempel för att belysa och värma en miljon planeter som Jorden. I detta fall är solen en medelstor stjärna, och vår galax består bara av 100 miljarder stjärnor. Detta antal överstiger antalet sandkorn på en liten strand. Detta är dock inte allt.
Som ni vet består universum av flera miljarder galaxer, där det finns en mängd olika ämnen. Är det möjligt att något av dessa frågor var osynliga för ögat. Troligtvis eftersom resultaten från nyligen genomförda studier har visat att vi bara kan se en tiondel av universum. Detta innebär att mer än 90% av materien helt enkelt inte kan undersökas av en person ens med specialutrustning. Astronomer kallar denna fråga mörk.
Det är känt att mörk materia interagerar med "ljus" (baryon), åtminstone på ett gravitationellt sätt, och är ett medium med en genomsnittlig kosmologisk densitet flera gånger högre än densiteten för baryoner. De senare fångas i gravitationella gropar av koncentrationer av mörk materia. Därför, även om mörka materialpartiklar inte interagerar med ljus, släpps ljus ut där det finns mörkt material. Denna anmärkningsvärda egenskap av gravitationsinstabilitet gjorde det möjligt att studera mängden, tillståndet och fördelningen av mörkt material från observationsdata från radioområdet till röntgenstrålar.
Kampanjvideo:
Publicerad 2012 fann en studie av rörelsen hos mer än 400 stjärnor belägna på avstånd på upp till 13 000 ljusår från solen inga bevis på förekomsten av mörk materia i en stor volym utrymme runt solen. Enligt förutsägelser om teorier, skulle den genomsnittliga mängden mörk materia i närheten av solen ha varit cirka 0,5 kg i jordens volym. Mätningar gav emellertid ett värde av 0,00 ± 0,06 kg mörk substans i denna volym. Detta innebär att försök att registrera mörk materia på jorden, till exempel med sällsynta interaktioner mellan partiklar av mörk materia med "vanlig" materia, knappast kan vara framgångsrika.
Enligt observationerna från Planck Space Observatory publicerade i mars 2013, tolkade med beaktande av den normala kosmologiska Lambda-CDM-modellen, är den totala massanergin i det observerade universum 4,9% av vanlig (baryon) substans, 26,8% mörk materia och 68,3% från mörk energi. Således är universum 95,1% sammansatt av mörk materia och mörk energi.
Beviset på existensen av mörk materia är dess tyngd - tyngdkraften, som, liksom lim, upprätthåller universums integritet. Alla delar av universum lockas till varandra. Tack vare detta kunde forskare beräkna den totala massan för det synliga universum såväl som indikatorer för gravitationskrafter. Under beräkningarna avslöjades en betydande obalans i dessa parametrar, vilket gav anledning att tro att det finns en del osynlig materia som har en viss massa och också är tyngdkraftig.
Studien av mörk materia Dessutom var bevis på förekomsten av mörk materia dess gravitationspåverkan på andra föremål, inklusive banan för stjärnor och galaxer. Många galaxer har visat sig rotera snabbare än väntat. Enligt A. Einsteins tyngdkraftteori bör de flyga i olika riktningar. Men något osynligt verkar hålla dem samman.
Dessutom kan mörk materia påverka vägen för ljusutbredning. Fenomenet med gravitationslinser undersöktes, vilket består i det faktum att täta föremål kan reflektera ljuset från avlägsna föremål, vilket ändrar ljusflödesbanan. Detta leder till förvrängning av bilden och utseende av mirages av stjärnor och galaxer. Forskare registrerar dessa ljusböjningar, men kan inte nämna namnet på detta fenomen.
Mörk materia i vårt universum kan existera i form av massiva astronomiska haloobjekt (MAGO). Dessa inkluderar planeter, månar, bruna och vita dvärgar, dammmoln, neutronstjärnor och svarta hål. Som regel är de för små för att deras ljus kan upptäckas av människor, men deras existens kan beräknas genom gravitationseffekten på ljusflöden. Under de senaste åren har astronomer upptäckt flera typer av MAGO-objekt. De kan bestå av både vanliga baryonpartiklar och axiner, neutriner, wimpiler och supersymmetriska mörka ämnen.
Forskning om mörk materia och mörk energi
När intresset för mörk materia fortsätter att växa dyker upp nya verktyg som hjälper till att få bredare insikter om detta mystiska fenomen. Till exempel har Hubble Space Telescope tillhandahållit mycket värdefull information om storleken och massan på det synliga universum. Dessa data var det första och mycket viktiga steget mot studien av den verkliga mängden mörk materia i universum.
Det är viktigt att förstå att universums struktur inte är slumpmässig och med hjälp av Hubble kan du representera dess struktur i detalj. Det är känt med säkerhet att galaxer är belägna i kluster, och dessa kluster - i superkluster. Superkluster av kosmiska kroppar ligger i en svampig struktur med omfattande tomrum. Uppenbarligen beror bildningen av en sådan struktur på mycket specifika skäl. Röntgendeleskop vid Chandra-observatoriet hjälper till att studera de enorma gasmolnen i dessa kluster. Forskare har funnit att mörk materia också måste finnas i dessa områden, annars kommer gas att fly ut från klustret. Dessutom utvecklas för närvarande nya verktyg som i slutändan kommer att hjälpa till att urskilja denna mörka sida av universum.
Metoder och metoder för att studera partiklar av mörkt material
För tillfället försöker forskare runt om i världen på alla möjliga sätt att upptäcka eller konstgjort få partiklar av mörkt material under markförhållanden med specialdesignad superteknologisk utrustning och många olika vetenskapliga forskningsmetoder, men hittills har alla verk inte krönats med framgång.
Vad universum är gjort av
En av metoderna innebär att man genomför experiment med acceleratorer med hög energi, ofta kända som kollider. Forskare, som tror att partiklar av mörk materia är 100-1000 gånger tyngre än en proton, antar att de måste genereras vid kollision av vanliga partiklar, accelererade till höga energier med hjälp av en kollider. Kärnan i en annan metod är att registrera partiklar av mörk materia som finns runt omkring oss. Den huvudsakliga svårigheten att registrera dessa partiklar är att de uppvisar en mycket svag interaktion med vanliga partiklar, som i sig är transparenta för dem. Och ändå, mörka ämnen partiklar mycket sällan, men kolliderar med atomkärnor, och det finns ett visst hopp, förr eller senare, att registrera detta fenomen.
Det finns andra tillvägagångssätt och metoder för att studera partiklar av mörkt material, och vilka av dem som kommer att vara de första som leder till framgång, bara tiden kommer att visa, men i alla fall kommer upptäckten av dessa nya partiklar att bli en viktig vetenskaplig prestation.
Anti-gravity substans
Mörk energi är en ännu mer ovanlig substans än samma mörk materia. Den har inte förmågan att samlas i klumpar, vilket resulterar i att den är jämnt fördelad över hela universum. Men dess mest ovanliga egenskap för tillfället är tyngdkraften.
Tack vare moderna astronomiska metoder är det möjligt att bestämma hastigheten för universums expansion för närvarande och att simulera processen för dess förändring tidigare i tid. Som ett resultat erhölls information om att vårt universum för tillfället, såväl som i det senaste, expanderar, medan hastigheten för denna process ständigt ökar. Det var därför hypotesen om mörk energi av mörk energi dök upp, eftersom den vanliga gravitationsattraktionen skulle ha en långsammare effekt på processen med "lågkonjunkturresession", vilket begränsar universums expansionshastighet. Detta fenomen strider inte mot den allmänna relativitetsteorin, men samtidigt måste mörk energi ha negativt tryck - en egenskap som ingen av de för närvarande kända substanserna har.
Kandidater till rollen som "Dark Energy"
Galaxernas massa i Abel 2744-klustret är mindre än 5 procent av dess totala massa. Denna gas är så varm att den bara lyser i röntgenområdet (rött i den här bilden). Fördelningen av osynlig mörk materia (som utgör cirka 75 procent av massan i detta kluster) är färgad blå.
En av de antagna kandidaterna för rollen som mörk energi är vakuum, vars energitäthet förblir oförändrad under universums expansion och därmed bekräftar vakuumets negativa tryck. En annan förmodad kandidat är "quintessence" - ett tidigare outforskat superweak-fält som förmodligen passerar genom hela universum. Det finns också andra möjliga kandidater, men ingen av dem för tillfället har bidragit till att få ett exakt svar på frågan: vad är mörk energi? Men det är redan klart att mörk energi är något som är helt övernaturligt, vilket förblir det viktigaste mysteriet för grundfysiken under 2000-talet.