Didžioji dalis Visatos yra sudaryta iš „materijos“, kurios nematyti, galbūt nematerialios ir sąveikaujanti su kitais dalykais tik per gravitacijos jėgą. Taip, fizikai nežino, kas tai yra ir kodėl Visatoje jo yra tiek daug - maždaug keturi penktadaliai jo masės.
Mokslininkai tai vadina tamsiąja materija.
- „Salik.biz“
Taigi kur yra šis paslaptingas dalykas, kuris sudaro tokį didžiulį mūsų visatos rutulį, ir kada mokslininkai jį suras?
Kaip mes žinome, kad šis reikalas egzistuoja
Tamsiosios medžiagos hipotezę pirmą kartą iškėlė šveicarų astronomas Fritzas Zwicky 1930-aisiais, kai suprato, kad jo atlikti galaktikų klasterių masių išmatavimai parodė, kad dalis masės Visatoje yra „dingusi“. Kas daro galaktikas sunkesnes, ji neišskiria jokios šviesos ir nesąveikauja su niekuo kitu, išskyrus per gravitaciją.
Astronomera Vera Rubin aštuntajame dešimtmetyje atrado, kad galaktikų sukimasis neatitinka Niutono judėjimo dėsnio; Atrodė, kad žvaigždės galaktikose (ypač Andromedoje) sukasi aplink centrą tuo pačiu greičiu, tačiau tos, kurios yra toliau nuo žvaigždės, juda lėčiau. Tarsi kažkas pridėtų masę išorinėje galaktikos dalyje, kurios niekas negalėjo pamatyti.
Likę įrodymai gaunami iš gravitacinio lęšio, kuris atsiranda, kai didelio objekto gravitacija sulenkia šviesos bangas aplink objektą. Remiantis Alberto Einšteino bendrosios reliatyvumo teorija, gravitacija sulenkia erdvę (tarsi sumo imtynininkas gali deformuoti kilimėlį, ant kurio stovi) taip, kad šviesos spinduliai sulenktų aplink didelius objektus, net jei pati šviesa yra beveidė. Stebėjimai parodė, kad nebuvo pakankamai matomos masės, kad būtų galima sulenkti šviesą, kaip tai daroma aplink atskiras galaktikų grupes - kitaip tariant, galaktikos buvo masyvesnės, nei turėtų būti.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Tada yra reliktinė spinduliuotė (CMB), Didžiojo sprogimo ir supernovų „aidas“. „CMB mums sako, kad Visata yra erdviškai plokščia“, - teigė Havajų universiteto fizikos profesorius Jasonas Kumaras. „Erdviškai plokščia“reiškia, kad jei per Visatą nubrėžsi dvi linijas, jos niekada nesikerta, net jei linijos būtų per milijardus šviesmečių. Stačiai išlenktoje visatoje šios linijos susitiks tam tikrame kosmoso taške.
Dabar kosmologai ir astronomai ginčijasi dėl tamsiosios materijos egzistavimo. Jis neturi įtakos šviesai ir nėra įkrautas kaip elektronai ar protonai. Iki šiol ji išvengė tiesioginio aptikimo.
„Tai paslaptis“, - sakė D. Kumaras. Gali būti būdų, kuriais mokslininkai bandė „pamatyti“tamsiąją medžiagą - per jos sąveiką su įprasta medžiaga arba ieškodami dalelių, kurios galėtų tapti tamsiąja medžiaga.
Kokia nėra tamsi materija
Daugybė teorijų atėjo ir išėjo apie tai, kas yra tamsiosios materijos. Vienas iš pirmųjų buvo gana logiškas: klausimas buvo paslėptas masyviuose astrofiziniuose kompaktiškuose halo objektuose (MACHO), tokiuose kaip neutroninės žvaigždės, juodosios skylės, rudosios nykštukės ir nesąžiningos planetos. Jie neišskiria šviesos (arba išskiria labai mažai), todėl yra beveik nematomi teleskopams.
Tačiau tyrinėdamas galaktikas, ieškančias mažų žvaigždžių šviesos iškraipymų, kuriuos sukėlė MACHO, einantis pro šalį - vadinamą mikrotraumu, - nepavyko paaiškinti tamsiosios medžiagos kiekio aplink galaktikas ar net jo daug. „Atrodo, kad MACHO yra kaip niekad atskirtas“, - teigė Danas Hooperis, Ilinojaus valstijos „Fermi“nacionalinės greitintuvo laboratorijos bendradarbis.
Neatrodo, kad tamsi materija yra dujų debesis, kurio negalima pamatyti pro teleskopus. Difuzinės dujos sugers šviesą iš tolimesnių galaktikų, o tų normalių dujų viršuje bus pakartotinai spinduliuotė ilgiems bangų ilgiams - danguje bus didžiulė infraraudonųjų spindulių emisija. Kadangi taip neatsitiks, galime tai atmesti.
Kas tai galėtų būti
Silpnai sąveikaujančios didžiulės dalelės (WIMP) yra vieni stipriausių pretendentų aiškinant tamsiąją medžiagą. Wimps yra sunkiosios dalelės - maždaug 10–100 kartų sunkesnės už protoną, kurios buvo sukurtos Didžiojo sprogimo metu ir kurių šiandien yra nedaug. Šios dalelės sąveikauja su normalia medžiaga per gravitaciją ir silpnas branduolines jėgas. Masyvesni WIMP judės lėčiau erdvėje, todėl gali būti „šaltos“tamsiosios medžiagos kandidatai, tuo tarpu lengvesni judės greičiau ir bus „šiltos“tamsiosios medžiagos kandidatai.
Vienas iš būdų juos rasti yra atliekant „tiesioginį aptikimą“, pavyzdžiui, eksperimentą su dideliu požeminiu ksenonu (LUX), kuris yra skysto ksenono indas Pietų Dakotos kasykloje.
Kitas būdas pamatyti pynę galėtų būti dalelių greitintuvas. Greitintuvų viduje atominiai branduoliai yra suskaidomi greičiu, artimu šviesos greičiui, ir proceso metu ši susidūrimo energija virsta kitomis dalelėmis, kai kurios iš jų yra naujos mokslo. Iki šiol dalelių greitintuvuose nerasta nieko, kas atrodytų kaip tariama tamsi medžiaga.
Kita galimybė: ašys. Šias subatomines daleles galima netiesiogiai aptikti pagal jų skleidžiamą radiacijos tipą, kaip jos sunaikinamos ar kaip jos skyla į kitų rūšių daleles ar atsiranda dalelių greitintuvuose. Tačiau nėra ir tiesioginių ašių įrodymų.
Kadangi sunkių, lėtų „šaltų“dalelių, tokių kaip WIMP ar ašių, atradimas dar neturi duoti rezultatų, kai kurie mokslininkai svarsto galimybę dėl lengvų, greičiau judančių dalelių, kurios sukelia „šiltą“tamsiąją medžiagą. Persekiojimo spintoje - maždaug 250 milijonų šviesmečių atstumu nuo Žemės esančioje galaktikų grupėje - mokslininkai rado įrodymų apie nežinomą dalelę, naudodamiesi nežinomos dalelės pavyzdžiais, naudodamiesi „Chandra“rentgeno spindulių observatorija. Žinomi jonai šioje klasteryje sukuria tam tikras rentgeno spinduliuotės linijas, o 2014 m. Mokslininkai pamatė naują „liniją“, kuri galėtų atitikti nežinomą šviesos dalelę.
Jei tamsiosios medžiagos dalelės yra lengvos, mokslininkams bus sunku jas tiesiogiai rasti, sakė MIT fizikas Tracey Slateris. Ji pasiūlė naujų rūšių daleles, kurios gali sudaryti tamsiąją medžiagą.
„Tamsiąsias medžiagas, kurių masė yra mažesnė nei 1 GeV, išties sunku aptikti atliekant standartinius tiesioginio aptikimo eksperimentus, nes jos veikia ieškant nepaaiškinamų atominių branduolių atkryčių … tačiau kai tamsiosios medžiagos yra daug lengvesnės nei atominis branduolys, atsigavimo energija yra labai maža“, - teigė Tracy. Slateris.
Buvo atlikta daug tyrimų ieškant tamsiosios medžiagos, o jei dabartiniai metodai nepavyks, bus atlikti nauji. Naudojant „skystą“skystą helį, puslaidininkius ir netgi sulaužant cheminius ryšius kristaluose, yra keletas naujų tamsiųjų medžiagų aptikimo idėjų.