Cea mai mare parte a Universului este formată din „materie” care nu poate fi văzută, eventual imaterială și interacționează cu alte lucruri doar prin forța gravitației. O, da, și fizicienii nu știu care este această problemă sau de ce există atât de mult în Univers - aproximativ patru cincimi din masa sa.
Oamenii de știință numesc materie întunecată.
Atunci unde este această problemă misterioasă care alcătuiește o bucată atât de mare a universului nostru, și când o vor descoperi oamenii de știință?
De unde știm că această problemă există
Ipoteza materiei întunecate a fost prezentată pentru prima dată de astronomul elvețian Fritz Zwicky în anii '30, când a realizat că măsurătorile sale asupra maselor de grupări de galaxii au arătat o parte din masa din Univers „lipsă”. Orice face ca galaxiile să fie mai grele, nu emite nicio lumină și nici nu interacționează cu altceva decât prin gravitație.
Astronomul Vera Rubin, în anii '70, a descoperit că rotația galaxiilor nu respectă Legea mișcării lui Newton; stelele din galaxii (în special Andromeda) păreau să se rotească în jurul centrului cu aceeași viteză, dar cele mai îndepărtate de stea se mișcă mai lent. Ca și cum ceva adaugă masă în partea exterioară a galaxiei pe care nimeni nu a putut să o vadă.
Restul dovezilor provine de la lentila gravitațională, care apare atunci când gravitația unui obiect mare îndoaie undele de lumină în jurul unui obiect. Conform teoriei relativității generale a lui Albert Einstein, gravitația îndoaie spațiul (ca un luptător de sumo poate deforma covorașul pe care stă), astfel încât razele de lumină se apleacă în jurul obiectelor mari, chiar dacă lumina însăși este lipsită de masă. Observațiile au arătat că nu există suficientă masă vizibilă pentru a îndoi lumina, așa cum s-a întâmplat în jurul grupurilor de galaxii individuale - cu alte cuvinte, galaxiile erau mai masive decât ar trebui.
Video promotional:
Apoi, există radiația relicvă (CMB), „ecoul” Big Bang-ului și supernovele. „CMB ne spune că universul este spațial plat”, a spus Jason Kumar, profesor de fizică la Universitatea din Hawaii. „Spațial plat” înseamnă că dacă trageți două linii prin univers, ele nu se intersectează niciodată, chiar dacă liniile erau miliarde de ani-lumină. Într-un univers abrupt curbat, aceste linii se vor întâlni la un moment dat în spațiu.
Acum există o mică controversă între cosmologi și astronomi cu privire la existența materiei întunecate. Nu afectează lumina și nu este încărcat ca electronii sau protonii. Până acum, a evitat detectarea directă.
"Acesta este un mister", a spus Kumar. Pot exista modalități prin care oamenii de știință au încercat să „vadă” materia întunecată - fie prin interacțiunea ei cu materia obișnuită, fie prin căutarea particulelor care ar putea fi materie întunecată.
Ce materie întunecată nu este
Multe teorii au venit și au mers despre ceea ce este materia întunecată. Una dintre primele a fost destul de logică: întrebarea era ascunsă în obiecte halo compacte astrofizice masive (MACHO), cum ar fi stele cu neutroni, găuri negre, pitici maro și planete necinstite. Nu emit lumină (sau emit foarte puține), deci sunt practic invizibile pentru telescoape.
Cu toate acestea, explorarea galaxiilor care caută mici distorsiuni la lumina stelelor produse de MACHO, trecând prin - numită microlensing - nu a putut explica cantitatea de materie întunecată din jurul galaxiilor, sau chiar o mare parte din ea. „MACHO-urile par să fie la fel de excluse ca întotdeauna”, a spus Dan Hooper, cercetător asociat la Fermi National Accelerator Laboratory din Illinois.
Materia întunecată nu pare a fi un nor de gaz care nu poate fi văzut prin telescoape. Gazul difuz va absorbi lumina din galaxiile care sunt mai îndepărtate, iar în partea de sus a acestui gaz normal va emite radiații la lungimi de undă mai lungi - va exista o emisie imensă de lumină infraroșie pe cer. Întrucât acest lucru nu se întâmplă, îl putem exclude.
Ce ar putea fi
Particulele masive care interacționează slab (WIMPs) sunt unele dintre cele mai puternice pretendente pentru explicarea materiei întunecate. Wimps-urile sunt particule grele - de aproximativ 10 până la 100 de ori mai grele decât protonul, care au fost create în timpul Big Bang-ului și rămân în număr mic astăzi. Aceste particule interacționează cu materia normală prin gravitație și forțe nucleare slabe. WIMP-urile mai masive se vor deplasa mai încet prin spațiu și, prin urmare, pot fi candidați pentru materia întunecată „rece”, în timp ce cele mai ușoare se vor mișca mai repede și vor fi candidați pentru materii întunecate „calde”.
O modalitate de a le găsi este prin „detectarea directă”, cum ar fi experimentul de mari dimensiuni subterane (LUX), care este un container de xenon lichid într-o mină din Dakota de Sud.
Un alt mod de a vedea wimps-ul ar putea fi cu un accelerator de particule. În interiorul acceleratoarelor, nucleele atomice sunt rupte cu o viteză apropiată de viteza luminii, iar în acest proces această energie de coliziune este transformată în alte particule, unele dintre ele sunt noi pentru știință. Până acum nu s-a găsit nimic în acceleratoarele de particule care să semene cu materie întunecată putativă.
O altă posibilitate: axiile. Aceste particule subatomice ar putea fi detectate indirect de tipurile de radiații pe care le emit, de cum distrug sau cum se descompun în alte tipuri de particule sau apar în acceleratoarele de particule. Cu toate acestea, nu există dovezi directe pentru axiuni.
De la descoperirea particulelor grele, lente, precum viermele sau axiile, încă nu pot da rezultate, unii oameni de știință analizează posibilitatea unor particule ușoare, care se mișcă mai repede, care provoacă materie întunecată „caldă”. A existat un interes reînnoit pentru un astfel de model de materie întunecată, după ce oamenii de știință au găsit dovezi ale unei particule necunoscute folosind Observatorul cu raze X Chandra, în clusterul Perseus, un grup de galaxii aflate la aproximativ 250 de milioane de ani lumină de pe Pământ. Ionii cunoscuți din acest grup produc anumite linii de emisii de raze X, iar în 2014, oamenii de știință au văzut o nouă „linie” care ar putea corespunde unei particule de lumină necunoscute.
Dacă particulele de materie întunecată sunt ușoare, oamenii de știință le va fi greu să le găsească direct, a spus Tracey Slater, fizician la MIT. Ea a propus noi tipuri de particule care pot compune materia întunecată.
„Materia întunecată cu o masă sub aproximativ 1 GeV este cu adevărat greu de detectat cu experimente de detectare directă standard, deoarece acestea funcționează căutând recuperări inexplicabile ale nucleelor atomice … dar când materia întunecată este mult mai ușoară decât un nucleu atomic, energia reculului este foarte mică , a spus Tracy. Slater.
S-au făcut multe cercetări în căutarea materiei întunecate, iar în cazul în care metodele actuale nu reușesc, vor fi efectuate altele noi. Folosind heliu lichid „lichid”, semiconductori și chiar ruperea legăturilor chimice din cristale sunt câteva dintre noile idei pentru detectarea materiei întunecate.
