Kaj je narobe?

Ta slika Hyper Suprime-Cam prikazuje majhen (14 kotnih minut krat 9,5 kotnih minut) odsek jat galaksij z obrisi koncentracije temne snovi in ​​delom druge, izrisane s konturnimi črtami. Zvezde in galaksije so sestavljene iz navadne, 'svetleče' snovi. Teleskop Subaru/Japonski nacionalni astronomski observatorij

Obdaja nas materija. Pravzaprav SMO materija. Vse, kar zaznamo v vesolju, je tudi snov. To je tako temeljno, da preprosto sprejmemo, da je vse narejeno iz materije. Je temeljni gradnik vsega: življenja na Zemlji, planeta, na katerem živimo, zvezd in galaksij. Običajno je opredeljeno kot vse, kar ima maso in zavzema prostornino.

Gradniki snovi se imenujejo 'atomi' in 'molekule'. Tudi oni so snov. Snov, ki jo lahko običajno zaznamo, se imenuje 'barionska' snov. Vendar pa obstaja še ena vrsta snovi, ki je ni mogoče neposredno zaznati. Toda njegov vpliv lahko. To se imenuje temna snov .

Normalna zadeva

Enostavno je preučevati normalno snov ali 'barionsko snov'. Lahko se razdeli na subatomske delce, imenovane leptoni (na primer elektroni) in kvarki (gradniki protonov in nevtronov). Ti sestavljajo atome in molekule, ki so sestavni deli vsega, od ljudi do zvezd.

Računalniška ilustracija atomskega modela, ki vsebuje atome, protone, nevtrone in elektrone. To so gradniki normalne snovi. Znanstvena fototeka/Getty Images

Normalna snov je svetleča, kar pomeni, da elektromagnetno in gravitacijsko deluje z drugo snovjo in z sevanje . Ni nujno, da sveti, kot si mislimo, da zvezda sije. Lahko oddaja drugo sevanje (na primer infrardeče).

Drugi vidik, ki se pojavi, ko se razpravlja o materiji, je nekaj, kar se imenuje antimaterija. Pomislite na to kot na nasprotno stran normalne snovi (ali morda na njeno zrcalno sliko). O tem pogosto slišimo, ko govorijo znanstveniki reakcije materija/antimaterija kot vir energije . Osnovna ideja antimaterije je, da imajo vsi delci antidelec, ki ima enako maso, vendar nasproten spin in naboj. Ko materija in antimaterija trčita, se medsebojno izničita in ustvarita čisto energijo v obliki gama žarki . To ustvarjanje energije, če bi ga bilo mogoče izkoristiti, bi zagotovilo ogromne količine moči za katero koli civilizacijo, ki bi ugotovila, kako to narediti varno.

Temna snov

V nasprotju z običajno snovjo je temna snov material, ki ni svetleč. To pomeni, da ne deluje elektromagnetno in je zato videti temno (tj. ne odbija ali oddaja svetlobe). Natančna narava temne snovi ni dobro znana, čeprav je njen vpliv na druge mase (kot so galaksije) opazil astronomi, kot je dr. Vera Rubin in drugi. Vendar pa je njegovo prisotnost mogoče zaznati z gravitacijskim učinkom, ki ga ima na normalno snov. Na primer, njegova prisotnost lahko omeji gibanje zvezd na primer v galaksiji.

Temna snov v vesolju. Bi lahko bil narejen iz WIMP-jev? Ta slika Hyper Suprime-Cam prikazuje majhen (14 kotnih minut krat 9,5 kotnih minut) odsek jat galaksij z obrisi ene koncentracije temne snovi in ​​delom druge, izrisane s konturnimi črtami. Teleskop Subaru/Japonski nacionalni astronomski observatorij

Trenutno obstajajo tri osnovne možnosti za 'stvari', ki sestavljajo temno snov:

• Hladna temna snov (CDM): Obstaja en kandidat, imenovan masivni delec s šibko interakcijo (WIMP), ki bi lahko bil osnova za hladno temno snov. Vendar pa znanstveniki ne vedo veliko o njem ali o tem, kako je lahko nastal zgodaj v zgodovini vesolja. Druge možnosti za delce CDM vključujejo aksione, vendar jih nikoli niso odkrili. Končno so tu še MACHO (MAssive Compact Halo Objects), ki bi lahko pojasnili izmerjeno maso temne snovi. Ti predmeti vključujejo črne luknje , starodavno nevtronske zvezde inplanetarni objektiki so vse nesvetleče (ali skoraj tako), vendar še vedno vsebujejo precejšnjo količino mase. To bi priročno razložilo temno snov, vendar obstaja težava. Moralo bi jih biti veliko (več, kot bi pričakovali glede na starost določenih galaksij) in njihova porazdelitev bi morala biti neverjetno dobro razpršena po vesolju, da bi pojasnili temno snov, ki so jo astronomi našli 'tam zunaj'. Torej hladna temna snov ostaja 'delo v teku'.
• Topla temna snov (WDM): Ta naj bi bil sestavljen iz sterilnih nevtrinov. To so delci, ki so podobni običajnim nevtrinom, razen dejstva, da so veliko masivnejši in ne delujejo prek šibke sile. Drugi kandidat za WDM je gravitino. To je teoretični delec, ki bi obstajal, če bi obstajala teorija supergravitacije - mešanje splošna relativnost in supersimetrija - pridobiti oprijem. WDM je tudi privlačen kandidat za razlago temne snovi, vendar je obstoj sterilnih nevtrinov ali gravitin v najboljšem primeru špekulativen.
• Vroča temna snov (HDM): Delci, ki veljajo za vročo temno snov, že obstajajo. Imenujejo se 'nevtrini'. Potujejo ob skoraj svetlobna hitrost in se ne 'zlepite' skupaj na načine, kot bi projicirali temno snov. Tudi glede na to, da so nevtrini skoraj brez mase, bi jih bila potrebna neverjetna količina, da bi nadomestili količino temne snovi, za katero je znano, da obstaja. Ena od razlag je, da obstaja še neodkrita vrsta ali okus nevtrina, ki bi bil podoben tistim, za katere je že znano, da obstajajo. Imel pa bi bistveno večjo maso (in zato morda počasnejšo hitrost). Toda to bi bilo verjetno bolj podobno topli temni snovi.

Povezava med snovjo in sevanjem

Snov ne obstaja brez vpliva v vesolju in med sevanjem in snovjo obstaja nenavadna povezava. Ta povezava ni bila dobro razumljena do začetka 20. stoletja. Takrat je Albert Einstein začel razmišljati o povezavi med zadeva ter energija in sevanje. Tukaj je prišel do tega: po njegovi teoriji relativnosti sta masa in energija enakovredni. Če dovolj sevanja (svetlobe) trči z drugimi fotoni (druga beseda za svetlobne 'delce') dovolj visoke energije, lahko nastane masa. Ta proces znanstveniki preučujejo v velikanskih laboratorijih s trkalniki delcev. Njihovo delo sega globoko v srce materije in išče najmanjše delce, za katere je znano, da obstajajo.

Torej, medtem ko sevanje ne šteje izrecno za snov (nima mase ali prostornine, vsaj ne na točno določen način), je povezano s snovjo. To je zato, ker sevanje ustvarja snov in snov ustvarja sevanje (kot pri trčenju materije in antimaterije).

Temna energija

Če popeljejo povezavo med snovjo in sevanjem še korak dlje, teoretiki prav tako predlagajo, da skrivnostno sevanje obstaja v našem vesolje . To se imenuje temna energija . Njegove narave sploh ne razumemo. Morda bomo, ko bomo razumeli temno snov, razumeli tudi naravo temne energije.

Uredil in posodobilCarolyn Collins Petersen.