De termen donkere energie en donkere materie zijn niet helemaal succesvol en vertegenwoordigen een letterlijke, maar niet semantische vertaling uit het Engels. In fysieke zin betekenen deze termen alleen dat deze stoffen geen interactie hebben met fotonen, en ze kunnen net zo goed onzichtbare of transparante materie en energie worden genoemd.
Donkere materie in astronomie en kosmologie, evenals in theoretische fysica, is een hypothetische vorm van materie die geen elektromagnetische straling uitzendt of ermee interageert. Deze eigenschap van deze vorm van materie maakt directe observatie onmogelijk.
De conclusie over het bestaan van donkere materie wordt getrokken op basis van talrijke, met elkaar samenhangende, maar indirecte tekenen van het gedrag van astrofysische objecten en de zwaartekrachtseffecten die ze veroorzaken. Ontdekking van de aard van donkere materie zal helpen bij het oplossen van het probleem van verborgen massa, die met name ligt in de abnormaal hoge rotatiesnelheid van de buitenste regio's van sterrenstelsels.
Laten we hier meer over te weten komen …
Donkere materie en donkere energie zijn niet zichtbaar voor het oog, maar hun aanwezigheid is bewezen door observaties van het universum. Miljarden jaren geleden werd ons universum geboren na een catastrofale oerknal. Terwijl het vroege universum langzaam afkoelde, begon het leven zich erin te ontwikkelen. Als gevolg hiervan werden sterren, sterrenstelsels en andere zichtbare delen ervan gevormd. De omvang van ons universum is gewoonweg verbluffend. Eén zon is bijvoorbeeld voldoende om een miljoen planeten zoals de aarde te verlichten en te verwarmen. In dit geval is de zon een middelgrote ster en bestaat ons melkwegstelsel alleen al uit 100 miljard sterren. Dit aantal is groter dan het aantal zandkorrels op een klein strand. Dit is echter niet alles.
Zoals je weet, bestaat het heelal uit meerdere miljarden sterrenstelsels, waar een verscheidenheid aan materie bestaat. Is het mogelijk dat een van deze zaken onzichtbaar was voor het oog? Hoogstwaarschijnlijk, aangezien de resultaten van recente studies hebben aangetoond dat we slechts een tiende van het universum kunnen zien. Dit betekent dat meer dan 90% van de materie eenvoudigweg niet door een persoon kan worden onderzocht, zelfs niet met behulp van speciale apparatuur. Astronomen noemen deze materie donker.
Het is bekend dat donkere materie in wisselwerking staat met "lichtgevend" (baryonaal), althans op een gravitationele manier, en een medium is met een gemiddelde kosmologische dichtheid die vele malen hoger is dan de dichtheid van baryonen. De laatste worden opgevangen in de gravitatieputten van concentraties donkere materie. Daarom, hoewel donkere materiedeeltjes geen interactie hebben met licht, wordt licht uitgezonden van waar er donkere materie is. Deze opmerkelijke eigenschap van zwaartekrachtinstabiliteit maakte het mogelijk om de hoeveelheid, toestand en distributie van donkere materie te bestuderen van observatiegegevens van het radiobereik tot röntgenstraling.
Promotie video:
Uit een studie die in 2012 werd gepubliceerd naar de beweging van meer dan 400 sterren op afstanden tot 13.000 lichtjaar van de zon, werd geen bewijs gevonden van de aanwezigheid van donkere materie in een groot volume van de ruimte rond de zon. Volgens de voorspellingen van theorieën zou de gemiddelde hoeveelheid donkere materie in de buurt van de zon ongeveer 0,5 kg in het volume van de aarde zijn geweest. Metingen gaven echter een waarde van 0,00 ± 0,06 kg donkere materie in dit volume. Dit betekent dat pogingen om donkere materie op aarde te registreren, bijvoorbeeld met zeldzame interacties van donkere materiedeeltjes met "gewone" materie, nauwelijks succesvol kunnen zijn.
Volgens de waarnemingen van het Planck Space Observatory gepubliceerd in maart 2013, geïnterpreteerd rekening houdend met het standaard kosmologische Lambda-CDM-model, bestaat de totale massa-energie van het waargenomen heelal uit 4,9% van gewone (baryonische) materie, 26,8% van donkere materie. materie en 68,3% van donkere energie. Het universum bestaat dus voor 95,1% uit donkere materie en donkere energie.
Het bewijs van het bestaan van donkere materie is de zwaarte ervan - de zwaartekracht die, net als lijm, de integriteit van het universum handhaaft. Alle delen van het universum worden wederzijds tot elkaar aangetrokken. Dankzij dit konden wetenschappers de totale massa van het zichtbare heelal berekenen, evenals indicatoren van zwaartekrachten. Tijdens de berekeningen werd een aanzienlijke onbalans in deze parameters aan het licht gebracht, wat aanleiding gaf om aan te nemen dat er een onzichtbare materie is met een bepaalde massa en ook onderhevig aan zwaartekracht.
De studie van donkere materie Bovendien was het bewijs van het bestaan van donkere materie de invloed van de zwaartekracht op andere objecten, inclusief het traject van beweging van sterren en sterrenstelsels. Veel sterrenstelsels blijken sneller te roteren dan verwacht. Volgens de zwaartekrachttheorie van A. Einstein zouden ze in verschillende richtingen moeten vliegen. Iets onzichtbaars lijkt hen echter bij elkaar te houden.
Ook kan donkere materie het pad van lichtvoortplanting beïnvloeden. Het fenomeen van gravitatielenzen werd onderzocht, dat erin bestaat dat dichte objecten het licht van verre objecten kunnen reflecteren, waardoor het traject van lichtfluxen verandert. Dit leidt tot vervorming van het beeld en het verschijnen van luchtspiegelingen van sterren en sterrenstelsels. Wetenschappers registreren deze lichtbuigingen, maar kunnen de aard van dit fenomeen niet noemen.
Donkere materie in ons universum kan bestaan in de vorm van massieve astronomische halo-objecten (MAGO's). Deze omvatten planeten, manen, bruine en witte dwergen, stofwolken, neutronensterren en zwarte gaten. In de regel zijn ze te klein om hun licht door mensen te laten detecteren, maar hun bestaan kan worden berekend aan de hand van het zwaartekrachteffect op lichtfluxen. In de afgelopen jaren hebben astronomen verschillende soorten MAGO-objecten ontdekt. Ze kunnen bestaan uit zowel gewone baryonische deeltjes als axines, neutrines, wimpils en supersymmetrische donkere materie.
Onderzoek naar donkere materie en donkere energie
Naarmate de belangstelling voor donkere materie blijft groeien, komen er nieuwe hulpmiddelen bij om bredere inzichten in dit mysterieuze fenomeen te krijgen. De Hubble-ruimtetelescoop heeft bijvoorbeeld zeer waardevolle informatie opgeleverd over de grootte en massa van het zichtbare heelal. Deze gegevens waren de eerste en zeer belangrijke stap op weg naar de studie van de werkelijke hoeveelheid donkere materie in het universum.
Het is belangrijk om te begrijpen dat de structuur van het universum niet willekeurig is, en met behulp van Hubble kunt u de structuur in detail weergeven. Het is met zekerheid bekend dat sterrenstelsels zich in clusters bevinden, en deze clusters bevinden zich in superclusters. Superclusters van kosmische lichamen bevinden zich in een sponsachtige structuur met grote holtes. Het is duidelijk dat de vorming van een dergelijke structuur te wijten is aan zeer specifieke redenen. Röntgentelescopen van het Chandra Observatorium helpen bij het bestuderen van de enorme hete gaswolken in deze clusters. Wetenschappers hebben ontdekt dat in deze gebieden ook donkere materie aanwezig moet zijn, anders ontsnapt gas uit de cluster. Bovendien worden er momenteel nieuwe tools ontwikkeld die uiteindelijk zullen helpen om deze donkere kant van het universum te onderscheiden.
Benaderingen en methoden voor het bestuderen van donkere materiedeeltjes
Op dit moment proberen wetenschappers over de hele wereld op alle mogelijke manieren deeltjes van donkere materie in aardse omstandigheden te ontdekken of kunstmatig te verkrijgen, met behulp van speciaal ontworpen supertechnologische apparatuur en veel verschillende wetenschappelijke onderzoeksmethoden, maar tot nu toe zijn niet alle werken met succes bekroond.
Waar het universum van is gemaakt
Een van de methoden omvat het uitvoeren van experimenten met hoogenergetische versnellers, algemeen bekend als colliders. Wetenschappers, die geloven dat donkere materiedeeltjes 100-1000 keer zwaarder zijn dan een proton, gaan ervan uit dat ze moeten worden gegenereerd wanneer gewone deeltjes botsen, versneld tot hoge energieën door een botser. De essentie van een andere methode is het registreren van donkere materiedeeltjes die overal om ons heen zijn. De grootste moeilijkheid bij het registreren van deze deeltjes is dat ze een zeer zwakke interactie vertonen met gewone deeltjes, die voor hen inherent transparant zijn. En toch komen donkere materiedeeltjes zeer zelden, maar in botsing met atoomkernen, en er is een zekere hoop, vroeg of laat, om dit fenomeen te registreren.
Er zijn andere benaderingen en methoden om donkere-materiedeeltjes te bestuderen, en welke ervan als eerste tot succes zullen leiden, alleen de tijd zal het leren, maar in elk geval zal de ontdekking van deze nieuwe deeltjes een belangrijke wetenschappelijke prestatie zijn.
Anti-zwaartekrachtsubstantie
Donkere energie is een nog ongebruikelijkere substantie dan dezelfde donkere materie. Het heeft niet het vermogen om zich in klonten te verzamelen, waardoor het absoluut gelijkmatig over het hele universum wordt verdeeld. Maar de meest ongebruikelijke eigenschap op dit moment is anti-zwaartekracht.
Dankzij moderne astronomische methoden is het mogelijk om de expansiesnelheid van het heelal op dit moment te bepalen en om het veranderingsproces eerder in de tijd te simuleren. Als resultaat werd informatie verkregen dat op dit moment, maar ook in het recente verleden, ons universum zich uitbreidt, terwijl de snelheid van dit proces constant toeneemt. Dat is de reden waarom de hypothese over de antizwaartekracht van donkere energie verscheen, aangezien de gebruikelijke aantrekkingskracht van de zwaartekracht een vertragend effect zou hebben op het proces van "recessie van sterrenstelsels", waardoor de expansiesnelheid van het heelal zou worden beperkt. Dit fenomeen is niet in tegenspraak met de algemene relativiteitstheorie, maar tegelijkertijd moet donkere energie een negatieve druk hebben - een eigenschap die geen van de momenteel bekende stoffen bezit.
Kandidaten voor de rol van "Dark Energy"
De massa van sterrenstelsels in de cluster Abel 2744 is minder dan 5 procent van de totale massa. Dit gas is zo heet dat het alleen gloeit in het röntgenbereik (rood in deze afbeelding). De verdeling van onzichtbare donkere materie (die ongeveer 75 procent van de massa van deze cluster uitmaakt) is blauw gekleurd.
Een van de veronderstelde kandidaten voor de rol van donkere energie is vacuüm, waarvan de energiedichtheid ongewijzigd blijft tijdens de uitdijing van het heelal en daarmee de negatieve druk van het vacuüm bevestigt. Een andere mogelijke kandidaat is "quintessence" - een voorheen onontgonnen superzwak veld dat zogenaamd door het hele universum gaat. Er zijn ook andere mogelijke kandidaten, maar geen van hen heeft op dit moment bijgedragen aan het verkrijgen van een juist antwoord op de vraag: wat is donkere energie? Maar het is al duidelijk dat donkere energie iets volkomen bovennatuurlijks is en het belangrijkste mysterie van de fundamentele fysica van de 21e eeuw blijft.