Unde Este Restul Universului?

{h1}

Cea mai mare parte a universului este alcătuită din „chestii” care sunt invizibile, posibil intangibile și interacționează cu alte lucruri doar prin gravitație. Și fizicienii nu știu care sunt lucrurile sau de ce constituie atât de mult din univers. Ei o numesc materie întunecată.

Cea mai mare parte a universului este alcătuită din „chestii” care sunt invizibile, posibil intangibile și interacționează cu alte lucruri doar prin forța gravitației. O, da, și fizicienii nu știu care sunt lucrurile sau de ce constituie atât de mult din univers - aproximativ patru cincimi din masa sa.

Ei o numesc materie întunecată.

Deci, unde este această chestie misterioasă care alcătuiește o bucată atât de uriașă a universului nostru și când o vor găsi oamenii de știință?

În primul rând, însă, de unde știm că este chiar acolo?

Materia întunecată a fost ipotezată pentru prima dată în anii '30, când astronomul elvețian Fritz Zwicky și-a dat seama că măsurătorile sale asupra maselor de grupări de galaxii au arătat că o parte din masa din univers lipsea. Orice făcea galaxii mai grele, nu dădea nicio lumină și nici nu interacționa cu altceva decât prin gravitație.

Vera Rubin, în anii '70, a descoperit că rotația galaxiilor nu respecta prevederile legilor mișcării de la Newton; stelele din galaxii (în special Andromeda) păreau să orbiteze în centru cu aceeași viteză, în loc să se deplaseze mai încet, pe măsură ce teoriile gravitației spun că ar trebui. În mod clar, ceva adăugase masă părților exterioare ale galaxiilor, lucru pe care nimeni nu-l putea vedea. [Universul are o margine?]

Alte dovezi proveneau de la lentile gravitaționale, care se întâmplă atunci când gravitația unui obiect mare îndoaie undele de lumină din jurul acelui obiect. Conform teoriei relativității generale a lui Albert Einstein, gravitația îndoaie spațiul (ca un luptător de sumo ar putea să deformeze covorașul pe care stă în picioare), astfel încât razele de lumină se apleacă în jurul obiectelor masive, chiar dacă lumina însăși este lipsită de masă. Observațiile au indicat că nu a existat suficientă masă vizibilă pentru a îndoi lumina cu cât se îndoaie în jurul anumitor ciorchini de galaxii - cu alte cuvinte, galaxiile erau mult mai masive decât ar trebui.

Apoi există fundalul microundelor cosmice (CMB), „ecoul” Big Bang-ului și supernovele. „Ce vă spune CMB este că universul este spațial plat”, a spus Jason Kumar, profesor de fizică la Universitatea din Hawaii. „Spațial plat” înseamnă că, dacă ar fi să desenați două linii în univers, ele nu s-ar întâlni niciodată, chiar dacă aceste linii ar fi peste un miliard de ani-lumină. Într-un univers abrupt curbat, liniile respective s-ar întâlni la un moment dat în spațiu.

Cercetătorii au calculat apoi câtă materie trebuie să aibă universul pentru a fi plană și pentru a produce cantitatea de materie normală (numită și baroni) observată în univers.

„Mă întreb:„ Este cantitatea de materie pe care o am egală cu materia baryonică și nu este ”, a spus Kumar.

Acum există puține dispute între cosmologi și astronomi că există materie întunecată. Cu toate acestea, pare a fi afectat de lumină și nu este încărcat așa cum sunt electronii sau protonii. Până acum a evitat detectarea directă.

"Asta e un mister", a spus Kumar. Există mai multe modalități în care oamenii de știință au încercat să „vadă” materia întunecată - fie prin interacțiunile sale cu materia normală, fie căutând particule care ar putea deveni materie întunecată. „Aceste experimente vor continua să se îmbunătățească și nu par să aibă un sughiț în măsura în care merg către detectori mai buni”.

Ce știm că nu este

O serie de teorii au venit și au mers despre ceea ce este materia întunecată. Unul dintre primii a fost suficient de logic: Materia era ascunsă în obiecte halo compacte astrofizice masive sau MACHO, cum ar fi stele cu neutroni, găuri negre, pitici maronii și planete necinstite. Ei nu emit lumină (sau emit doar foarte puțin), astfel încât sunt invizibili în mod eficient la telescoape. [Cele mai mari 9 mistere nesoluționate în fizică]

Totuși, sondajele asupra galaxiilor care căutau mici distorsiuni în lumina stelelor de fundal produse de un MACHO care trece - numite evenimente de microlensare - nu puteau însemna cantitatea de materie întunecată din jurul galaxiilor sau chiar o parte semnificativă a acesteia. „MACHO-urile par la fel de excluse ca niciodată”, a spus Dan Hooper, un om de știință asociat la Laboratorul Național de Accelerator Fermi din Illinois.

Materia întunecată nu pare a fi nori de gaz pe care telescoapele nu le-ar vedea. Gazul difuz ar absorbi lumina din galaxiile care sunt mai îndepărtate și, în plus, gazul obișnuit ar emite radiații la lungimi de undă mai lungi - ar exista o radiație masivă de lumină infraroșie pe cer. Din moment ce nu se întâmplă, putem elimina și asta, a spus Kumar.

Ce ar putea fi

Particulele masive care interacționează slab, sau WIMP-urile, sunt unele dintre cele mai puternice pretendente pentru a explica materia întunecată. WIMP-urile sunt particule grele - de aproximativ 10 până la 100 de ori mai grele decât un proton - care au fost produse în timpul Big Bang-ului, deși astăzi rămân doar cantități mici. Aceste particule interacționează cu materia normală prin gravitație sau prin forța nucleară slabă. WIMP-urile mai masive s-ar muta mai încet prin spațiu și, prin urmare, ar fi candidați „reci” la materie întunecată, în timp ce cei mai ușori se vor mișca mai repede și ar fi materie întunecată „caldă”. [Fizica neplăcută: cele mai cool particule mici din natură]

O modalitate de a le găsi este în experimente de „detecție directă”, cum ar fi experimentul de mari dimensiuni subterane (LUX), care este un container de xenon lichid într-o mină din Dakota de Sud. Dacă un nucleu de xenon pare „săritor” fără nicio explicație, acesta ar fi un candidat pentru a fi lovit cu o particulă de materie întunecată. Mărimea respingerii ar da o idee despre masa particulei noi. Dar Hooper a spus că LUX nu a văzut încă nimic.

Un alt mod de a vedea WIMP-urile ar putea fi acceleratoarele de particule. În interiorul acceleratoarelor, nucleele atomice se sfărâmă în fiecare aproape cu viteza luminii și în procesul de energie a coliziunii se transformă în alte particule, unele noi pentru știință. Până acum, însă, acceleratoarele de particule nu au detectat nimic care să semene cu un candidat la materia întunecată.

Rezultatele de la detecția directă și acceleratoarele de particule, cu toate acestea, au pus limite asupra mărimii și masei acestei particule ipotetice de materie întunecată, a spus Kumar. Sensibilitatea LUX este de până la 200 MeV, sau aproximativ o cincime din masa unui proton, și teoretic ar putea vedea particule la fel de grele ca 1 TeV, care este comparabilă cu unele tipuri de quark. Deoarece LUX nu a văzut nimic până acum, asta ar putea însemna că materia întunecată nu se află în acea gamă.

Kumar a spus că este posibil ca WIMP-urile să fie cu adevărat grele și, pentru că sunt atât de masive, nu sunt atât de multe, ceea ce înseamnă că șansa că vor lovi un atom de xenon este mică.

O altă posibilitate: axiile. Aceste particule subatomice ar putea fi detectate indirect de tipurile de radiații pe care le emit pe măsură ce se anihilează sau pe măsură ce se descompun în alte tipuri de particule sau apar în acceleratoarele de particule. Cu toate acestea, nu a existat nici o dovadă directă a axiunilor.

Deoarece au detectat particule „reci” cu mișcare lentă, cum ar fi WIMP-urile sau axiile, nu a dat încă rezultate, unii oameni de știință analizează posibilitatea unor particule mai ușoare, cu mișcare mai rapidă, pe care le numesc 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 de 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 ușoare necunoscute, a spus Nicola Menci, astrofizician la Institutul Național de Astrofizică din Italia (INAF). WordsSideKick.com într-un e-mail.

Dacă particulele de materie întunecată sunt ușoare, oamenii de știință vor avea dificultati pentru a le detecta direct, a spus Tracy Slatyer, fizician la MIT. Slatyer a propus noi tipuri de particule care ar putea constitui materia întunecată.

„Materia întunecată cu [o] masă sub aproximativ 1 GeV este cu adevărat greu de detectat cu experimentele de detecție directă convenționale, pentru că funcționează căutând recuperări inexplicabile ale nucleelor ​​atomice... dar când materia întunecată este mult mai ușoară decât nucleul atomic, energia de recul este foarte mică ", a spus Slatyer. Protonii - un nucleu de hidrogen - nu pot fi mai ușori decât aproximativ 938 MeV, deci o particulă care cântărește în intervalul keV ar fi de 1.000 de ori mai ușoară. "Gândește-te că saltezi o minge de ping-pong de pe o minge de bowling; mingea de bowling nu se mișcă prea mult", a spus ea.

Slatyer a spus că se fac multe cercetări cu privire la modul de a găsi particule de materie întunecată dacă metodele actuale nu reușesc. Utilizarea de heliu lichid „superfluid”, semiconductorii și chiar ruperea legăturilor chimice din cristale sunt printre ideile plutite.

Kumar a spus că un motiv pentru care materia întunecată este atât de misterioasă este tocmai faptul că fizicienii simt că înțeleg, până la un punct, cum a funcționat nucleosinteza Big Bang - originile materiei. Modelul standard, care a prezis bosonul Higgs, a avut un mare succes până acum, așa că, dacă nu au greșit cu toții cu privire la ceva fundamental, este ciudat că nimeni nu a reușit să detecteze încă o particulă de materie întunecată.

Dacă, de exemplu, particulele de materie întunecată sunt foarte diferite de ceea ce prezic multe modele actuale, este posibil ca acceleratoarele de particule să nu le fi văzut. Acceleratoare, cum ar fi colizorul de Hadroni mari, văd mai bine lucrurile care interacționează cu forța nucleară puternică, care se descompune în alte particule.

„Dacă așa funcționează materia ta întunecată, este o mașină minunată pentru a o găsi”, a spus el. Dar dacă nu există o particulă mai grea ca asta, este mai greu.






Descoperiri Științifice

Cercetare


Science News


Aspirina Îți Poate Ajuta Inima. Omega-3S Sight. Dar Împreună? Poate Nu.
Aspirina Îți Poate Ajuta Inima. Omega-3S Sight. Dar Împreună? Poate Nu.

Experiențele Aproape De Moarte Sunt Visele Lucide, Rezultatele Experimentelor
Experiențele Aproape De Moarte Sunt Visele Lucide, Rezultatele Experimentelor

Cea Mai Veche Coafură Romană Recreată Pentru Prima Dată
Cea Mai Veche Coafură Romană Recreată Pentru Prima Dată

Prognoza Superbug: Infecțiile Vor Crește În Sua
Prognoza Superbug: Infecțiile Vor Crește În Sua

Este Solid? Sau Este Lichid? Un Fel Nou De Materie Este Ambele.
Este Solid? Sau Este Lichid? Un Fel Nou De Materie Este Ambele.


RO.WordsSideKick.com
Toate Drepturile Rezervate!
Reproducerea Oricăror Materiale Permise Prostanovkoy Doar Link-Ul Activ La Site-Ul RO.WordsSideKick.com

© 2005–2019 RO.WordsSideKick.com