Hladna temna snov

Teleskop Subaru/Japonski nacionalni astronomski observatorij

Vesolje je sestavljeno iz vsaj dveh vrst snovi. Predvsem je tu material, ki ga lahko zaznamo in ga astronomi imenujejo 'barionska' snov. Za 'navadno' snov velja, ker je sestavljena iz protonov in nevtronov, ki jih je mogoče izmeriti. Barionska snov vključuje zvezde in galaksije ter vse predmete, ki jih vsebujejo.

V vesolju so tudi 'stvari', ki jih ni mogoče odkriti z običajnimi opazovalnimi sredstvi. Kljub temu obstaja, ker lahko astronomi izmerijo njegov gravitacijski učinek na barionsko snov. Astronomi ta material imenujejo 'temna snov', ker je temna. Ne odbija in ne oddaja svetlobe. Ta skrivnostna oblika materije predstavlja nekaj velikih izzivov za razumevanje zelo veliko stvari o vesolju, vse do začetka, pred približno 13,7 milijardami let.

Odkritje temne snovi

Pred desetletji so astronomi ugotovili, da v vesolju ni dovolj mase, da bi pojasnili stvari, kot je vrtenje zvezd v galaksije in gibanja zvezdnih kopic. Masa vpliva na gibanje predmeta skozi vesolje, ne glede na to, ali gre za galaksijo, zvezdo ali planet. Sodeč po tem, kako so se vrtele nekatere galaksije, se je na primer zdelo, da je nekje več mase. Ni bilo zaznano. Nekako je 'manjkala' v množičnem popisu, ki so ga sestavili z uporabo zvezd in meglic, da bi galaksiji dodelili določeno maso. Vera Rubin in njena ekipa opazovali galaksije, ko so prvič opazili razliko med pričakovanimi hitrostmi vrtenja (na podlagi ocenjenih mas teh galaksij) in dejanskimi hitrostmi, ki so jih opazili.

Raziskovalci so začeli kopati globlje, da bi ugotovili, kam je izginila vsa manjkajoča masa. Menili so, da morda naše razumevanje fizike, tj. splošna relativnost , je bil pomanjkljiv, vendar se preveč drugih stvari ni ujemalo. Zato so se odločili, da je morda gmota še vedno tam, vendar preprosto ni vidna.

Čeprav je še vedno možno, da v naših teorijah gravitacije pogrešamo nekaj temeljnega, je bila druga možnost fizikom bolj všečna. Iz tega razkritja se je rodila ideja o temni snovi. Za to obstajajo opazovalni dokazi okoli galaksij, teorije in modeli pa kažejo na vpletenost temne snovi v zgodnji fazi nastajanja vesolja. Astronomi in kozmologi torej vedo, da je tam zunaj, vendar še niso ugotovili, kaj je.

Hladna temna snov (CDM)

Torej, kaj bi lahko bila temna snov? Zaenkrat obstajajo le teorije in modeli. Pravzaprav jih lahko razdelimo v tri splošne skupine: vroča temna snov (HDM), topla temna snov (WDM) in hladna temna snov (CDM).

Od treh je CDM že dolgo vodilni kandidat za to, kaj je ta manjkajoča masa v vesolju. Nekateri raziskovalci so še vedno naklonjeni kombinirani teoriji, kjer vidiki vseh treh vrst temne snovi obstajajo skupaj, da bi sestavili celotno manjkajočo maso.

CDM je neke vrste temna snov, ki se, če obstaja, premika počasi v primerjavi s svetlobno hitrostjo. V vesolju naj bi bil prisoten že od samega začetka in je zelo verjetno vplival na rast in razvoj galaksij. kot tudi nastanek prvih zvezd. Astronomi in fiziki menijo, da gre najverjetneje za kakšen eksotičen delec, ki še ni bil zaznan. Zelo verjetno ima nekaj zelo specifičnih lastnosti:

Manjkala bi interakcija z elektromagnetno silo. To je dokaj očitno, saj je temna snov temna. Zato ne vpliva na nobeno vrsto energije v elektromagnetnem spektru, ne odbija ali seva.

Vendar bi moral vsak kandidatni delec, ki sestavlja hladno temno snov, upoštevati, da mora delovati z gravitacijskim poljem. Za dokaz tega so astronomi opazili, da imajo kopičenja temne snovi v jatah galaksij gravitacijski vpliv na svetlobo bolj oddaljenih predmetov, ki gredo mimo. Ta t.i 'učinek gravitacijske leče' je bilo večkrat opaženo.

Kandidati za predmete hladne temne snovi

Čeprav nobena znana snov ne izpolnjuje vseh kriterijev za hladno temno snov, so bile vsaj tri teorije napredovale za razlago CDM (če obstajajo).

Šibko medsebojno delujoči masivni delci :Poznan tudi kot WIMPs , ti delci po definiciji izpolnjujejo vse potrebe CDM. Vendar še nikoli ni bilo ugotovljeno, da obstaja noben tak delec. WIMP so postali vseobsegajoč izraz za vse kandidate za hladno temno snov, ne glede na to, zakaj naj bi delec nastal. Aksioni :Ti delci imajo (vsaj obrobno) potrebne lastnosti temne snovi, vendar zaradi različnih razlogov verjetno niso odgovor na vprašanje o hladni temni snovi. MOŠKI :To je akronim za Masivni kompaktni halo objekti , ki so predmeti, podobni črne luknje , starodavno nevtronske zvezde , rjave pritlikavke inplanetarni objekti. Vsi ti so nesvetleči in masivni. Toda zaradi njihove velike velikosti, tako glede prostornine kot mase, bi jih bilo razmeroma enostavno zaznati s spremljanjem lokaliziranih gravitacijskih interakcij. Obstajajo težave s hipotezo MACHO. Opazovano gibanje galaksij je na primer enakomerno na način, ki bi ga bilo težko razložiti, če bi MACHO zagotovili manjkajočo maso. Poleg tega bi zvezdne kopice zahtevale zelo enakomerno porazdelitev takih objektov znotraj svojih meja. To se zdi zelo malo verjetno. Prav tako samo število MACHO, ki bi moralo biti precej veliko, da bi pojasnili manjkajočo maso.

Trenutno skrivnost temne snovi še nima očitne rešitve. Astronomi še naprej načrtujejo eksperimente za iskanje teh izmuzljivih delcev. Ko bodo ugotovili, kaj so in kako so razporejeni po vesolju, bodo odklenili še eno poglavje v našem razumevanju vesolja.