Udtrykkene mørk energi og mørk stof er ikke helt succesrige og repræsenterer en bogstavelig, men ikke semantisk oversættelse fra engelsk. I fysisk forstand betyder disse udtryk kun, at disse stoffer ikke interagerer med fotoner, og de kunne lige så godt kaldes usynlig eller gennemsigtig stof og energi.
Mørkt stof i astronomi og kosmologi såvel som i teoretisk fysik er en hypotetisk form for stof, der ikke udsender eller interagerer med elektromagnetisk stråling. Denne egenskab ved denne form for stof gør dens direkte observation umulig.
Konklusionen om eksistensen af mørkt stof er taget på baggrund af adskillige, konsistente med hinanden, men indirekte tegn på opførsel af astrofysiske genstande og de tyngdekraftseffekter, de skaber. Opdagelsen af arten af mørkt stof vil hjælpe med at løse problemet med skjult masse, som især ligger i den unormalt høje rotationshastighed i de ydre områder af galakser.
Lad os finde ud af mere om alt dette …
Mørkt stof og mørk energi er ikke synligt for øjet, men deres tilstedeværelse er blevet bevist gennem observationer af universet. For milliarder af år siden blev vores univers født efter en katastrofal Big Bang. Da det tidlige univers langsomt afkøles, begyndte livet at udvikle sig i det. Som et resultat blev stjerner, galakser og andre synlige dele deraf dannet. Størrelsen på vores univers er simpelthen svimlende. For eksempel er en sol nok til at belyse og varme en million planeter som Jorden. I dette tilfælde er solen en mellemstor stjerne, og vores galakse alene består af 100 milliarder stjerner. Dette antal overstiger antallet af sandkorn på en lille strand. Dette er dog ikke alt.
Som du ved består universet af flere milliarder galakser, hvor der findes en række forskellige stoffer. Er det muligt, at et af disse spørgsmål var usynlige for øjet. Mest sandsynligt, da resultaterne af nylige studier har vist, at vi kun kan se en tiendedel af universet. Dette betyder, at mere end 90% af stoffet simpelthen ikke er i stand til at blive undersøgt af en person, selv med brug af specialudstyr. Astronomer kalder denne sag mørk.
Det er kendt, at mørkt stof interagerer med "lysende" (baryon), i det mindste på en gravitationsmæssig måde, og er et medium med en gennemsnitlig kosmologisk tæthed, der er flere gange højere end tætheden af baryoner. Sidstnævnte fanges i tyngdehulerne i koncentrationer af mørkt stof. Selvom mørke stofpartikler ikke interagerer med lys, udsendes der derfor lys fra hvor der er mørkt stof. Denne bemærkelsesværdige egenskab ved gravitationsinstabilitet gjorde det muligt at studere mængden, tilstanden og fordelingen af mørkt stof fra observationsdata fra radioområdet til røntgenstråler.
Salgsfremmende video:
Udgivet i 2012 fandt en undersøgelse af bevægelsen hos mere end 400 stjerner placeret i afstande på op til 13.000 lysår fra solen ingen tegn på tilstedeværelsen af mørkt stof i et stort rumfang omkring solen. Ifølge forudsigelserne om teorier skulle den gennemsnitlige mængde mørkt stof i nærheden af Solen have været omkring 0,5 kg i Jordens volumen. Målinger gav imidlertid en værdi på 0,00 ± 0,06 kg mørkt stof i dette volumen. Dette betyder, at forsøg på at registrere mørkt stof på Jorden, for eksempel med sjældne interaktioner af mørke stofpartikler med "almindelig" stof, næppe kan være en succes.
I henhold til observationer fra Planck Space Observatory, der blev offentliggjort i marts 2013, fortolket under hensyntagen til den kosmologiske standard Lambda-CDM-model, er den samlede masseenergi i det observerede univers 4,9% af almindeligt (baryonisk) stof, 26,8% mørkt stof og 68,3% fra mørk energi. Universet er således 95,1% sammensat af mørkt stof og mørk energi.
Beviset for eksistensen af mørkt stof er dens tyngde - tyngdekraften, som ligesom lim opretholder universets integritet. Alle dele af universet tiltrækkes gensidigt af hinanden. Takket være dette var videnskabsmænd i stand til at beregne den samlede masse af det synlige univers såvel som indikatorer for tyngdekræfter. Under beregningerne blev en betydelig ubalance i disse parametre afsløret, hvilket gav grund til at tro, at der er noget usynligt stof, der har en bestemt masse og også er underlagt tyngdekraften.
Undersøgelsen af mørkt stof Derudover var bevis for, at der var mørkt stof, dets tyngdekraftige indflydelse på andre genstande, herunder bevægelsesbanen for stjerner og galakser. Det har vist sig, at mange galakser roterer hurtigere end forventet. I henhold til A. Einsteins teori om tyngdekraft skal de flyve i forskellige retninger. Dog synes noget usynligt at holde dem sammen.
Også mørkt stof kan påvirke vejen for lysformering. Fænomenet gravitationslinsering blev undersøgt, hvilket består i det faktum, at tætte objekter er i stand til at reflektere lyset fra fjerne objekter og ændre banen for lysstrømninger. Dette fører til forvrængning af billedet og udseendet af mirages af stjerner og galakser. Forskere registrerer disse lysbøjninger, men kan ikke nævne arten af dette fænomen.
Mørkt stof i vores univers kan eksistere i form af massive astronomiske haloobjekter (MAGO'er). Disse inkluderer planeter, måner, brune og hvide dværge, støvskyer, neutronstjerner og sorte huller. Som regel er de for små til, at deres lys kan detekteres af mennesker, men deres eksistens kan beregnes ved hjælp af gravitationseffekten på lysstrømme. I de senere år har astronomer opdaget flere typer MAGO-objekter. De kan bestå af både almindelige baryonpartikler og aksiner, neutriner, wimpils og supersymmetrisk mørk stof.
Forskning i mørk stof og mørk energi
Efterhånden som interessen for mørk materie fortsætter med at vokse, dukker nye værktøjer op til at hjælpe med at få bredere indsigt i dette mystiske fænomen. For eksempel har Hubble-rumteleskopet leveret meget værdifuld information om størrelsen og massen af det synlige univers. Disse data var det første og meget vigtige skridt hen imod undersøgelsen af den sande mængde mørk stof i universet.
Det er vigtigt at forstå, at universets struktur ikke er tilfældig, og med hjælp fra Hubble kan du repræsentere dens struktur i detaljer. Det er kendt med sikkerhed, at galakser er placeret i klynger, og disse klynger er i superklynger. Superklynger af kosmiske kropper er placeret i en svampet struktur med omfattende hulrum. Naturligvis skyldes dannelsen af en sådan struktur af meget specifikke grunde. Røntgen-teleskoper ved Chandra-observatoriet hjælper med at studere de enorme skyer med varm gas i disse klynger. Forskere har fundet, at mørkt stof også skal være til stede i disse områder, ellers vil gas undslippe fra klyngen. Derudover udvikles der i øjeblikket nye værktøjer, der til sidst vil hjælpe med at skelne denne mørke side af universet.
Fremgangsmåder og metoder til undersøgelse af partikler i mørke stoffer
I øjeblikket forsøger forskere over hele verden på enhver mulig måde at opdage eller kunstigt få partikler af mørkt stof under jordforhold ved hjælp af specielt designet superteknologisk udstyr og mange forskellige videnskabelige forskningsmetoder, men indtil videre er alle værker ikke blevet kronet med succes.
Hvad universet er lavet af
En af metoderne involverer udførelse af eksperimenter på højenergiacceleratorer, almindeligvis kendt som kollider. Forskere, der tror, at partikler med mørkt stof er 100-1000 gange tungere end en proton, antager, at de bliver nødt til at blive genereret i sammenstød med almindelige partikler, der er accelereret til høj energi af en kollider. Essensen af en anden metode er at registrere partikler af mørkt stof, der er alle omkring os. Den største vanskelighed med at registrere disse partikler er, at de udviser en meget svag interaktion med almindelige partikler, som i sagens natur er gennemsigtige for dem. Og alligevel kolliderer mørke stoffer meget sjældent, men kolliderer med atomkerner, og der er et bestemt håb, før eller senere, om at registrere dette fænomen.
Der er andre tilgange og metoder til undersøgelse af partikler med mørkt stof, og hvilken af dem der først vil føre til succes, er det kun tiden, der viser, men under alle omstændigheder vil opdagelsen af disse nye partikler være en stor videnskabelig bedrift.
Anti-gravitation stof
Mørk energi er et endnu mere usædvanligt stof end den samme mørke stof. Det har ikke evnen til at samle sig i klumper, som et resultat af det er jævnt fordelt absolut over hele universet. Men dens mest usædvanlige egenskab i øjeblikket er tyngdekraften.
Takket være moderne astronomiske metoder er det muligt at bestemme hastigheden for udvidelse af universet på nuværende tidspunkt og at simulere processen med dets ændring tidligere på tiden. Som et resultat blev der opnået information om, at i øjeblikket såvel som i den nylige fortid udvider vores univers, mens hastigheden for denne proces konstant stiger. Det var grunden til, at hypotesen om mørk energis antigravitet optrådte, da den sædvanlige gravitationsattraktion ville have en langsommere virkning på processen med "recession af galakser", hvilket begrænser universets ekspansionshastighed. Dette fænomen er ikke i modstrid med den generelle relativitetsteori, men på samme tid skal mørk energi have negativt tryk - en egenskab, som ingen af de i øjeblikket kendte stoffer besidder.
Kandidater til rollen som "Dark Energy"
Massen af galakser i Abel 2744-klyngen er mindre end 5 procent af dens samlede masse. Denne gas er så varm, at den kun lyser i røntgenområdet (rødt på dette billede). Fordelingen af usynlige mørke stoffer (der udgør ca. 75 procent af massen i denne klynge) er farvet blå.
En af de formodede kandidater til rollen som mørk energi er vakuum, hvis energitæthed forbliver uændret under universets udvidelse og således bekræfter vakuumets negative tryk. En anden formodet kandidat er "kvintessens" - et tidligere uudforsket superweak felt, der angiveligt passerer gennem hele universet. Der er også andre mulige kandidater, men ikke en af dem i øjeblikket har bidraget til at få et nøjagtigt svar på spørgsmålet: hvad er mørk energi? Men det er allerede klart, at mørk energi er noget helt overnaturligt, hvilket forbliver det vigtigste mysterium for grundlæggende fysik i det 21. århundrede.