Što je tamna tvar?

glava tamne materije

Fizika je jedinstvena u znanstvenom svijetu jer oslanjanje na matematiku znači da može doći do širokog konsenzusa o pitanjima s vrlo malo dostupnih dokaza. U znanosti o Zemlji istinska planina dokaza ne može u potpunosti pokopati pitanje globalnog zagrijavanja, a čak i s velikom većinom znanstvenika koji su sada uvjereni, glasna manjina još uvijek se ne slaže. Ipak, u slučaju fizike i tamne tvari, tvari koja je definirana kao gotovo imuna na promatranje, nema značajnih poricatelja tamne tvari koji stoje. Dakle, što je tamna materija i kako se fizika tako snažno složila oko ideje da ona čini veliku većinu materije u svemiru?

Materija, redovita vrsta koja čini atmosferu, Sunce, Pluton i Donald Trump, komunicira sa svemirom na više načina. Apsorbira i u mnogim slučajevima emitira elektromagnetsko zračenje u obliku gama zraka, vidljive svjetlosti, infracrvene i još mnogo toga. Može generirati magnetska polja različitih vrsta i jakosti. A materija ima masu, stvarajući silu gravitacije, čiji se učinci mogu lako uočiti. Sve ove stvari čine materiju prikladnom za proučavanje, posebno njezinu interakciju sa svjetlošću. Čak i crna rupa koja ne emitira svjetlost, blokovi svjetlost usisavajući je - ali što ako svjetlost koja dolazi iza crne rupe jednostavno prođe kroz i uđe u naše leće teleskopa? Kako bismoikad su u tom slučaju dokazali postojanje crne rupe?



2009. godine Cryogenic Dark Matter Search objavio je dokaze o izravnom promatranju tamne tvari, ali rezultati nisu konačni.

Kriogena pretraga tamne materije.



To je situacija s kojom se fizičari suočavaju s tamnom materijom. Čini se da tamna tvar ni najmanje ne stupa u interakciju s univerzalnim elektromagnetskim poljem - to jest ne apsorbira niti emitira svjetlost bilo koje vrste. U stvari, čini se da tamna materija djeluje samo sa svemirom jer ga možemo promatrati kroz jednu fizičku silu: gravitaciju. Dakle, u slučaju naše nevidljive crne rupe, možda bismo je mogli primijetiti vidjevši kako je svjetlost koja nam dolazi s određenog dijela neba jesuu odnosu na naša očekivanja, malo skrenuo s puta prolazeći blizu objekta koji savija površinu prostor-vremena kojim se kreće. Dodajući dovoljno opažanja savijanja svjetlosti, znanstvenici bi vjerojatno mogli dokučiti položaj, pa čak i masu nevidljive singularnosti.

Međutim, tamnu je materiju teže proučiti nego čak ni da, jer ne dolazi prikladno zbijeno u super guste kuglice poput zvijezda i crnih rupa - to bi bilo previše lako. Umjesto toga, primarna teorija tamne tvari kaže da je ona sačinjena od hipotetičkih čestica nazvanih Masivne čestice koje slabo djeluju (WIMP), a koje su približno podjednako razumljive kao što naziv njihovog ulova zahtijeva. Čini se da WIMP-ovi niti ne komunicirajujedno drugokroz nešto više od gravitacije, što znači da se tamna tvar ne stapa i stvara veće ili složenije molekule i ostaje u jednostavnom i vrlo difuznom stanju sličnom plinu.



Dakle, gravitacijski utjecaj tamne tvari izuzetno je raširen i, ispada, može se promatrati samo kada gledamo raspodjelu vidljive materije u svemiru velikih razmjera - stvari poput galaktičkih super-nakupina i pripadajućih super praznina. Teoretizira se da bi je nakon Bing Bang-a svojstva tamne tvari dovela do toga da se smjesti mnogo brže od uobičajene materije, prelazeći iz potpuno jednolikog oblaka plina u nešto nakupljenu mrežu manjih oblaka i povezujući vitice. Te se vitice mogu protezati prekosvemir; Smatra se da je raspodjela tamne tvari ubrzo nakon Velikog praska usmjerila tamo gdje se na kraju sakuplja redovita materija, a time i gdje i kako nastaju galaksije.

Simulacija raspodjele tamne materije, napravljena i izvedena superračunalom.

Simulacija raspodjele tamne materije, napravljena i izvedena superračunalom.

Dakle, ne samo da je nevidljiv, već su učinci gravitacijskog potencijala tamne materije toliko fizički rasprostranjeni da ih je teško izmjeriti. Svjetlost jedne zvijezde neće biti mjerljivo savijena tamnom materijom dosežući nas, kao što je prolazila pored naše nevidljive crne rupe; ta je svjetlost vrlo vjerojatno mogla nastati, proputovati i stići sve nadohvat ruke jedne univerzalne super-niti nevidljive tamne materije. Pa: kako su fizičari uopće došli na ideju tamne materije?



Odgovor je da gravitacija utječe na sve, na svim ljestvicama, prema istim osnovnim formulama. Znanstvenici su počeli primjećivati ​​da su, gledajući sve veće i veće poglede na svemir, ove gravitacijske formule donosile sve pogrešna predviđanja. Već 1930-ih Fitz Zwicky otkrio je da se galaksije u skupu Kome kreću kao da su podložne daleko većoj gravitacijskoj sili nego što se to može objasniti jednostavnim računovodstvom normalne materije koju smo mogli vidjeti. Nekoliko desetljeća kasnije, Vera Rubin slavno je primijetila da se zvijezde u spiralnim galaksijama okreću oko galaktičkog središta daleko brže nego što bi trebale, što je dovelo do kasnijih studija koje pokazuju da spiralne galaksije moraju biti sastavljene od oko šest puta više tamne mase od uobičajene vrste.

Karta univerzalnog kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja.

Karta univerzalnog kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja.

No do stvarno uvjerljivih dokaza došlo je tek nakon pojave tehnika poput slabe gravitacijske leće i sposobnosti očitavanja kozmičke mikrovalne pozadine (CMB) zračenja. Gravitacijsko leće omogućuje super, super, super velika verzija gledanja svjetla kako se savija oko naše nevidljive crne rupe. Zaobilazi problem razmjere s ... više razmjera, promatrajući kako se sakuplja svjetlost iz milijarda nakupljenih zvijezda savijajući dok putuje kroz velike dijelove promjera poznatog svemira. I brojne sve preciznije CMB karte izrađene između 1960-ih i 2000-ih potvrdile su slična odstupanja u kretanju mase rano u povijesti svemira.

Pokušalo se izravno promatranje WIMP-ova, ali nikada nije potvrđeno. 2009. godine Cryogenic Dark Matter Search objavio je dokaze o izravnom promatranju tamne tvari, ali rezultati nisu konačni. Svi dokazi upravo sada govore da mora postojati nešto vrlo slično modernoj koncepciji tamne materije.

Proračuni koliko bi točno tog nečega bilo potrebno za stvaranje uočenih odstupanja iznjedrili su neke ... impresivne brojke. Prema modernim procjenama, svemir je samo oko 5% pravilne materije i energije i oko 27% tamne tvari ili više nego pet puta više. Smatra se da je preostalih 68% svemira mrak energije - tema za drugi dan. Poanta je u tome što naš svemir nije samo prilagođen utjecajem tamne materije, već jestdefinirano tim utjecajem. Mliječni put je ono i gdje je Mliječni put, uslijed ranog gravitacijskog utjecaja tamne materije.

ATLAS je definitivno vizualno najimpozantniji od LHC pokusa.

Nadograđeni LHC je naša najbolja opklada za razumijevanje tamne materije.

Stvari se, naravno, ispostavljaju nešto složenije nego što je gore opisano. Prije samo nekoliko mjeseci, jedan tim najavio damožda je primijećeno da tamna tvar na neki način komunicira sama sa sobom tijekom ogromnog sudara više galaksija. To bi moglo podrazumijevati puno bogatiju vrstu tamne fizike, možda čak i toliko da stvara neku tamnu kemiju! Neki fizičari koriste izraz 'mračni svijet' ili čak 'tamni sektor' da bi opisali ovaj izvanzemaljski svemir velikih razmjera koji izgleda gotovo paralelno s našim.

Najizgledniji kandidat za daljnji uvid u tamnu materiju je Veliki hadronski sudarač, kojinedavno ponovno otvoreno nakon značajnih nadogradnji snage. S eksperimentalnim energijama koje sada prelaze 13 tera-elektrona volta (TeV), novi i poboljšani LHC mogao bi jednostavno usitniti čestice dovoljno nasilno da pruži stvarni uvid u WIMP-ove ili možda čak opovrgnuti njihovo postojanje. Pronalazak tamne materije bio je jedan od glavnih motivacija za nadogradnje; to je važno područje proučavanja fizike, jer astronomi nastavljaju donositi dokaze da je naš svijet samo djelić kreacije.

Pogledajte našu seriju 2007es.com Explains za detaljnije izvještavanje.

Copyright © Sva Prava Pridržana | 2007es.com