Az univerzum összetétele

Az világegyetem hatalmas és lenyűgöző hely. Amikor a csillagászok megfontolják, miből készül, akkor a legjobban mutathatnak a benne található galaxisok milliárdjaira. Mindegyikben millió vagy milliárd - sőt akár milliárdnyi - csillag van. Ezeknek a csillagoknak sok bolygója van. Vannak még gáz- és porfelhők is.

A galaxisok között, ahol úgy tűnik, nagyon kevés „cucc” lenne, néhány helyen forró gázfelhők vannak, míg más régiókban szinte üres üregek vannak. Ez mind anyag, amely felismerhető. Tehát milyen nehéz lehet a kozmoszba nézni és ésszerű pontossággal becsülni a világító tömeg (az anyag láthatjuk) az Univerzum, a rádió, infravörös és röntgen csillagászat?

Most, hogy a csillagászok rendkívül érzékeny detektorokkal rendelkeznek, nagy előrelépéseket tettek a világegyetem tömegének és a tömegének meghatározásában. De ez nem a probléma. A kapott válaszoknak nincs értelme. Rossz (nem valószínű) a tömeg összeadására szolgáló módszerük (nem valószínű), vagy van valami más odakint; valami mást, amit nem tudnak

Az univerzum tömegének egyik legnagyobb bizonyítéka a kozmikus mikrohullámú háttér (CMB). Ez nem fizikai „akadály” vagy ilyesmi. Ehelyett a korai világegyetem egyik feltétele, amelyet mikrohullámú detektorokkal lehet megmérni. A CMB röviddel a nagy robbanás után nyúlik vissza, és valójában a világegyetem háttér hőmérséklete. Gondolj rá olyan hőre, amely minden irányban azonos módon érzékelhető a kozmoszban. Nem egészen olyan, mint a nap által lejövő hő vagy egy bolygóról sugárzó hő. Ehelyett nagyon alacsony hőmérséklet, 2,7 K fokon mérve. Amikor a csillagászok elmennek mérni ezt a hőmérsékletet, kicsit, de fontos ingadozásokat látnak a háttérben megjelenő "hő" alatt. Az a tény, hogy létezik, azt jelenti, hogy a világegyetem lényegében "lapos". Ez azt jelenti, hogy örökre kiterjeszti.

Szóval, mit jelent ez a síkosság az univerzum tömegének kiszámításához? Lényegében, figyelembe véve a világegyetem mért méretét, azt jelenti, hogy elegendő tömegnek és energiának kell lennie benne, hogy "lapos" legyen. A probléma? Nos, amikor a csillagászok összeadják az összeset "normál" anyag (például csillagok és galaxisok, valamint az univerzumban lévő gáz, ez csak annak a kritikus sűrűségnek körülbelül 5% -a, amelyhez egy lapos világegyetemnek laposnak kell maradnia.

Ez azt jelenti, hogy a világegyetem 95 százalékát még nem fedezték fel. Ott van, de mi az? Hol van? A tudósok szerint létezik sötét anyag és sötét energia.

A tömeget, amelyet láthatunk, "baryonic" anyagnak nevezzük. Ezek a bolygók, galaxisok, gázfelhők és klaszterek. A nem látható tömeget sötét anyagnak nevezzük. Van még energia (fény) mérhető; érdekes módon ott van az úgynevezett "sötét energia" is. és senkinek sincs nagyon jó ötlete arról, hogy mi ez.

Tehát mi alkotja az univerzumot és milyen százalékban? Itt van a tömeg jelenlegi aránya az univerzumban.

Először is vannak a nehéz elemek. Ezek az univerzum körülbelül 0,03% -át teszik ki. Az univerzum születése után csaknem félmilliárd évvel az egyetlen létező elem a hidrogén és a hélium. Nem nehéz.

Miután a csillagok megszülettek, éltek és meghaltak, az univerzum a hidrogénnél és a héliumnál nehezebb elemekkel kezdett vetődni, és azokat a csillagok belsejében „felfőzték”. Ez történik, amikor a csillagok a hidrogént (vagy más elemeket) megolvasztják magukban. A Stardeath ezeket az elemeket az űrbe terjeszti bolygó ködén vagy szupernóva robbanásokon keresztül. Miután szétszórták az űrbe. ők alapvető anyagok a csillagok és a bolygók következő generációjának felépítéséhez.

Ez azonban egy lassú folyamat. Még létrehozása után közel 14 milliárd évvel az univerzum tömegének csak egy kis részét a héliumnál nehezebb elemek alkotják.

A neutrinók szintén az univerzum részei, bár ennek csak körülbelül 0,3% -a. Ezek a csillagok magfúziós folyamata során jönnek létre, a neutrinók szinte tömeg nélküli részecskék, amelyek majdnem a fénysebességgel haladnak. Töltés hiányával együtt apró tömegük azt jelenti, hogy nem képesek kölcsönhatásba lépni a tömeggel, kivéve a magra gyakorolt ​​közvetlen hatást. A neutrinos mérése nem könnyű feladat. Ez azonban lehetővé tette a tudósoknak, hogy jó becsléseket szerezzenek a Nap és más csillagok atomfúziós sebességéről, valamint az univerzum teljes neutrino populációjának becslésére.

Amikor a csillagjárók megjelennek az éjszakai égbolton, a látott csillagok nagy része. Ezek az univerzum körülbelül 0,4% -át teszik ki. Mégis, amikor az emberek még a többi galaxisból származó látható fényre néznek, akkor legtöbbjük csillagok. Különösnek tűnik, hogy ők alkotják az univerzum csak egy kis részét.

Mi tehát több, gazdag, mint a csillagok és a neutrinók? Kiderült, hogy négy százalékban a gázok a kozmosz sokkal nagyobb részét teszik ki. Általában elfoglalják a teret között csillagok, és ebben a tekintetben az egész galaxisok közötti tér. Csillagközi gáz, amely többnyire csak szabad elemi hidrogén és hélium teszi ki az univerzum tömegének legnagyobb részét, amely közvetlenül mérhető. Ezeket a gázokat a rádió, az infravörös és a röntgenhullámhosszra érzékeny eszközökkel detektálják.

Sötét anyag

Az univerzum második leggazdagabb "dolga" valami, amit senki más nem látott. Ennek ellenére ez az univerzum körülbelül 22% -át teszi ki. A mozgást elemző tudósok (forgás), valamint a galaxisok galaxisfürtökben való kölcsönhatása alapján úgy találták, hogy az összes jelen lévő gáz és por nem elegendő a galaxisok megjelenésének és mozgásának magyarázatához. Kiderült, hogy ezekben a galaxisokban a tömeg 80% -ának "sötétnek" kell lennie. Vagyis nem detektálható benne Bármi fény hullámhossza, rádión keresztül gamma sugár. Ezért hívják ezt a "cuccot" sötét anyagnak.

Ennek a titokzatos tömegnek a identitása? Ismeretlen. A legjobb jelölt hideg sötét anyag, amelynek elmélete szerint neutrínához hasonló részecske, de sokkal nagyobb tömegű részecske. Úgy gondolják, hogy ezek a részecskék, gyakran nevezik gyengén kölcsönhatásba lépő hatalmas részecskék (WIMP) a termikus kölcsönhatásokból merültek fel a korai szakaszban galaktika formációk. Mindeddig azonban nem sikerült sem közvetlenül, sem közvetetten a sötét anyagot felderíteni vagy laboratóriumban létrehozni.

Az univerzum legszélesebb tömege nem sötét anyag vagy csillagok vagy galaxisok, vagy gáz- és porfelhők. Ez egy úgynevezett "sötét energia", és az univerzum 73% -át teszi ki. Valójában a sötét energia egyáltalán nem valószínű (még valószínű). Ez a "tömeg" kategóriába sorolását kissé megzavarja. Tehát mi az? Lehetséges, hogy maga a tér-idő nagyon furcsa tulajdonsága, vagy talán még valami megmagyarázhatatlan (eddig) energiamező, amely áthatol az egész világegyetemben. Vagy az egyik sem. Senki se tudja. Csak az idő, a sok és még sok minden más fogja mondani.

Szerkesztette és frissítette: Carolyn Collins Petersen.