Tot ceea ce am observat vreodată în Univers, de la materie la radiație, poate fi descompus în cele mai mici componente. Totul în această lume este format din atomi, care sunt compuși din nucleoni și electroni, iar nucleonii sunt împărțiți în quark și gluoni. Lumina este, de asemenea, formată din particule: fotoni. Chiar și undele gravitaționale, în teorie, sunt alcătuite din gravitoni: particule pe care le găsim și le reparăm într-o zi, dacă avem noroc. Dar ce se întâmplă cu materia întunecată? Dovezi indirecte ale existenței sale nu pot fi negate. Dar ar trebui să fie compus și din particule?
Suntem obișnuiți să credem că materia întunecată este formată din particule și încercăm, fără speranță, să le detectăm. Dar dacă ne uităm într-un loc greșit?
Dacă energia întunecată poate fi interpretată ca energie inerentă chiar în țesătura spațiului, ar putea fi faptul că „materia întunecată” este, de asemenea, o funcție internă a spațiului în sine - în strânsă sau îndepărtată legătură cu energia întunecată? Și că, în loc de materie întunecată, efectele gravitaționale care ar putea explica observațiile noastre se vor datora mai mult „masei întunecate”?
Ei bine, mai ales pentru dvs., fizicianul Ethan Siegel a prezentat abordările noastre teoretice și scenariile posibile.
Una dintre cele mai interesante caracteristici ale universului este relația unu-la-unu între ceea ce este în univers și modul în care rata de expansiune se schimbă în timp. Prin multe măsurători atente ale multor surse disparate - stele, galaxii, superne, fundalul cosmic cu microunde și structurile la scară largă ale Universului - am putut măsura ambele, determinând din ce este format Universul. Practic, există multe idei diferite despre ce poate consta Universul nostru și toate au efecte diferite asupra expansiunii cosmice.
Datorită datelor obținute, știm acum că universul este format din următoarele:
- 68% energie întunecată, care rămâne la o densitate de energie constantă chiar și atunci când spațiul se extinde;
Video promotional:
- 27% din materia întunecată, care prezintă forță gravitațională, este estompată pe măsură ce volumul crește și nu se lasă măsurată folosind nicio altă forță cunoscută;
- 4,9% din materia obișnuită, care manifestă toate forțele, este estompată pe măsură ce volumul crește, se înnodează în bucăți și este format din particule;
- 0,1% neutrini, care prezintă interacțiuni gravitaționale și electro-slabe, sunt alcătuite din particule și bat împreună numai atunci când încetinesc suficient pentru a se comporta ca materia, nu ca radiație;
- 0,01% din fotoni, care prezintă influențe gravitaționale și electromagnetice, se comportă ca radiația și sunt estompate atât cu creșterea volumului, cât și cu întinderea lungimilor de undă.
De-a lungul timpului, aceste diferite componente devin relativ mai mult sau mai puțin importante, iar acest procent reprezintă ceea ce este format din universul de astăzi.
Energia întunecată, după cum rezultă din cele mai bune măsurători ale noastre, are aceleași proprietăți în orice punct al spațiului, în toate direcțiile spațiului și în toate episoadele istoriei noastre cosmice. Cu alte cuvinte, energia întunecată este atât omogenă, cât și izotropă: este aceeași peste tot și întotdeauna. Din câte ne putem da seama, energia întunecată nu are nevoie de particule; poate fi cu ușurință o proprietate inerentă țesăturii spațiului.
Dar materia întunecată este fundamental diferită.
Pentru ca structura pe care o vedem în Univers să se formeze, în special la o scară cosmică mare, materia întunecată trebuie să existe nu numai, ci și să se reunească. Nu poate avea aceeași densitate în tot spațiul; mai degrabă, ar trebui să fie concentrat în regiuni cu densitate mai mare și ar trebui să fie mai puțin dens, sau absent cu totul, în regiuni cu densitate mai mică. De fapt, putem spune cât de mult din materia totală se află în diferite regiuni ale spațiului, ghidați de observații. Cele mai importante trei sunt:
Spectrul de putere al materiei
Hartați materia din univers, vedeți la ce scară corespunde galaxiilor - adică cât de probabil aveți de a găsi o altă galaxie la o anumită distanță de galaxia cu care începeți - și studiați rezultatul. Dacă universul ar consta dintr-o substanță omogenă, structura ar fi pătată. Dacă ar exista materie întunecată în univers care nu s-a adunat suficient de devreme, structura la scară mică ar fi distrusă. Spectrul de energie al energiei ne spune că aproximativ 85% din materia din Univers este reprezentată de materia întunecată, care este serios diferită de protoni, neutroni și electroni, iar această materie întunecată s-a născut rece, sau energia sa cinetică este comparabilă cu masa de repaus.
Lentile gravitaționale
Uită-te la obiectul masiv. Să zicem un quasar, galaxie sau grupuri de galaxii. Vedeți cum lumina de fundal este distorsionată de prezența unui obiect. Întrucât înțelegem legile gravitației care sunt guvernate de teoria relativității generale a lui Einstein, modul în care lumina este îndoită ne permite să determinăm câtă masă este prezentă în fiecare obiect. Prin alte metode, putem determina cantitatea de masă care este prezentă în materia obișnuită: stele, gaze, praf, găuri negre, plasmă etc. Și din nou constatăm că 85% din materie este reprezentată de materia întunecată. Mai mult, este distribuit mai difuz, tulbure, decât materia obișnuită. Acest lucru este confirmat de lentile slabe și puternice.
Fundal cosmic cu microunde
Dacă vă uitați la strălucirea rămasă a radiației Big Bang, veți descoperi că este aproximativ uniformă: 2,725 K în toate direcțiile. Dar dacă aruncați o privire mai atentă, puteți constata că mici defecte sunt observate pe scări de la zeci la sute de microkelvin. Acestea ne spun câteva lucruri importante, inclusiv densitățile energetice ale materiei obișnuite, ale materiei întunecate și ale energiei întunecate, dar cel mai important, ne spun cât de omogen era universul când avea doar 0,003% din vârsta actuală. Răspunsul este că cea mai densă regiune a fost doar cu 0,01% mai densă decât cea mai puțin densă regiune. Cu alte cuvinte, materia întunecată a început într-o stare omogenă și s-a strâns odată cu trecerea timpului.
Punând totul împreună, ajungem la concluzia că materia întunecată ar trebui să se comporte ca un lichid care umple Universul. Acest fluid are o presiune și vâscozitate neglijabile, reacționează la presiunea radiației, nu se ciocnește cu fotoni sau cu materia obișnuită, s-a născut rece și nerelativist și se acumulează sub influența propriei sale gravitații în timp. Determină formarea structurilor în Univers pe cele mai mari scări. Este foarte eterogen, iar magnitudinea eterogenității sale crește în timp.
Iată ce putem spune despre aceasta la scară largă, deoarece acestea se referă la observații. La scări mici, putem presupune, nu complet sigur, că materia întunecată este compusă din particule cu proprietăți care o fac să se comporte astfel la scară largă. Motivul pentru care presupunem acest lucru este că universul, din câte știm, este alcătuit din particule din nucleul său, atât. Dacă sunteți o substanță, dacă aveți o masă, un analog cuantic, atunci trebuie să constați inevitabil din particule la un anumit nivel. Dar până nu vom găsi această particulă, nu avem dreptul să excludem alte posibilități: de exemplu, că este un fel de câmp lichid care nu constă din particule, ci afectează spațiul-timp în modul în care ar trebui să facă particulele.
Acesta este motivul pentru care este atât de important să încercăm să detectăm direct materia întunecată. Este imposibil să confirmăm sau să negăm componenta fundamentală a materiei întunecate în teorie, doar în practică, susținută de observații. Aparent, materia întunecată nu are nimic de-a face cu energia întunecată.
Este făcut din particule? Până să le găsim, nu putem decât să ghicim. Universul se manifestă ca natură cuantică atunci când vine vorba de orice altă formă de materie, deci este rezonabil să presupunem că materia întunecată ar fi aceeași.
Ilya Khel
