Az univerzum legalább kétféle anyagból áll. Elsősorban ott van az az anyag, amelyet fel tudunk mutatni, amelyet a csillagászok "baronikus" anyagnak neveznek. Úgy gondolják, hogy "rendes" anyag, mert protonokból és neutronokból készül, amelyek mérhetők. A barionikus anyag magában foglalja a csillagokat és a galaxisokat, valamint az összes tárgyat, amelyet tartalmaznak.
Az univerzumban vannak olyan dolgok is, amelyeket normál megfigyelési eszközökkel nem lehet felismerni. Mégis létezik, mert az csillagászok meg tudják mérni annak gravitációs hatását a baryonic anyagokra. A csillagászok ezt az anyagot "sötét anyagnak" hívják, mert nos, sötét. Nem tükrözi és nem bocsát ki fényt. Az anyag titokzatos formája néhány nagy kihívást jelent, hogy megismerje sok mindent az univerzumról, a kezdetektől kezdve, kb. 13,7 milliárd évvel ezelőtt.
A sötét anyag felfedezése
Évtizedekkel ezelőtt a csillagászok úgy találták, hogy az univerzumban nincs elegendő tömeg ahhoz, hogy megmagyarázzák a csillagok forgását
galaxisok és a csillagfürtök mozgása. A tömeg befolyásolja egy tárgy mozgását a térben keresztül, akár galaxis, akár egy csillag, vagy egy bolygó. Például néhány galaxis forgásának módja alapján úgy tűnt, hogy valahol több tömeg van ott. Nem észlelték. Valahogy "hiányzott" a tömegleltárból, amelyet csillagok és ködök segítségével összegyűjtöttek egy adott tömeg galaxisának hozzárendelésére. Dr. Vera Rubin és csapata megfigyelték a galaxisokat, amikor először észlelték a különbséget a várható forgási sebességek (ezen galaxisok becsült tömege alapján) és a megfigyelt tényleges sebességek között.A kutatók mélyebben foglalkoztak azzal, hogy kitalálják, hová ment a hiányzó tömeg. Úgy gondolták, hogy talán a fizika megértése, azaz általános relativitáselmélet, hibás volt, de túl sok más nem adta össze. Tehát úgy döntöttek, hogy a tömeg talán még mindig ott van, de egyszerűen nem látható.
Noha továbbra is lehetséges, hogy hiányzik valami alapvető fontosságú a gravitációs elméletünkben, a második lehetőség ízletesebb volt a fizikusok számára. Ebből a kinyilatkoztatásból született a sötét anyag gondolata. Megfigyelő bizonyítékok vannak erre a galaxisok körül, és az elméletek és modellek rámutatnak a sötét anyag bevonására a világegyetem kialakulásának korai szakaszában. A csillagászok és a kozmológusok tehát tudják, hogy ott van, de még nem tudták kitalálni, mi az.
Hideg sötét anyag (CDM)
Tehát mi lehet a sötét anyag? Máig csak elméletek és modellek léteznek. Valójában három általános csoportra oszthatók: forró sötét anyag (HDM), meleg sötét anyag (WDM) és hideg sötét anyag (CDM).
A három közül a CDM már régóta a vezető jelölt arra, hogy mi a hiányzó tömeg az univerzumban. Egyes kutatók továbbra is támogatják a kombinált elméletet, ahol a sötét anyag mindhárom típusa létezik együtt, hogy a teljes hiányzó tömeget összeállítsák.
A CDM egyfajta sötét anyag, amely, ha létezik, lassan mozog a fénysebességhez képest. Úgy gondolják, hogy a világ kezdete óta jelen volt az univerzumban, és valószínűleg befolyásolta a galaxisok növekedését és fejlődését. valamint az első csillagok kialakulása. A csillagászok és a fizikusok úgy gondolják, hogy ez valószínűleg egy egzotikus részecske, amelyet még nem fedeztek fel. Nagyon valószínűleg nagyon különleges tulajdonságokkal rendelkezik:
Hiányoznia kell az interakciót az elektromágneses erővel. Ez meglehetősen nyilvánvaló, mivel a sötét anyag sötét. Ezért nem lép kölcsönhatásba, nem tükrözi vagy sugároz semmilyen energiát az elektromágneses spektrumban.
Azonban minden olyan jelölt részecske számára, amely a hideg sötét anyagot alkotja, figyelembe kell vennie, hogy kölcsönhatásba kell lépnie egy gravitációs mezővel. Ennek igazolására a csillagászok észrevették, hogy a galaxisfürtökben felhalmozódott sötét anyag gravitációs hatást gyakorol a távoli tárgyak fényére, amelyek elhaladnak. Ez az úgynevezett "gravitációs lencsehatás" sokszor megfigyelték.
Jelölt hideg, sötét anyag tárgyak
Noha egyetlen ismert anyag sem felel meg a hideg sötét anyag kritériumainak, legalább három elméletet fejlesztettek ki a CDM magyarázata érdekében (ha vannak ilyenek).
- Gyengén interakciós masszív részecskék: Más néven wimps, ezek a részecskék definíció szerint kielégítik a CDM valamennyi igényét. Azonban soha nem találtak ilyen részecskét. A WIMP-k minden hideg sötét anyaggal foglalkozó jelölt számára átfogó kifejezésvé váltak, függetlenül attól, hogy miért gondolja a részecske felmerülését.
- Axions: Ezek a részecskék rendelkeznek (legalábbis kissé) a sötét anyag szükséges tulajdonságaival, de különféle okokból valószínűleg nem válaszolnak a hideg sötét anyag kérdésére.
- Machos: Ez rövidítés a Hatalmas, kompakt Halo objektumok, amelyek olyan tárgyak, mint fekete lyukak, ősi neutron csillagok, barna törpék és bolygóbeli tárgyak. Ezek mind nem világító és hatalmas. De nagy méretük miatt, mind térfogat, mind tömeg szempontjából, viszonylag könnyen felismerhetők a lokalizált gravitációs kölcsönhatások megfigyelésével. Problémák vannak a MACHO hipotézissel. Például a galaxisok megfigyelt mozgása egységes olyan módon, amelyet nehéz megmagyarázni, ha a MACHO-k a hiányzó tömeget szolgáltatnák. Ezenkívül a csillagcsoportok megkövetelik az ilyen objektumok nagyon egyenletes eloszlását a határaikon belül. Ez nagyon valószínűtlennek tűnik. Ezenkívül az a MACHO-ok száma is, amelyeknek meglehetősen nagynak kell lenniük a hiányzó tömeg magyarázatához.
Jelenleg a sötét anyag rejtélye még nem rendelkezik egyértelmű megoldással. A csillagászok továbbra is kísérleteket készítenek ezen megfoghatatlan részecskék keresésére. Amikor kitalálják, hogy mi is és hogyan oszlanak meg az egész világegyetemben, egy újabb fejezetet nyitnak meg a kozmosz megértésében.