Σύνθεση του Σύμπαντος

Το σύμπαν είναι ένα τεράστιο και συναρπαστικό μέρος. Όταν οι αστρονόμοι σκέφτονται τι είναι φτιαγμένο, μπορούν να επισημάνω πιο άμεσα στα δισεκατομμύρια των γαλαξιών που περιέχει. Καθένα από αυτά έχει εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια - ή ακόμα και τρισεκατομμύρια - άστρων. Πολλά από αυτά τα αστέρια έχουν πλανήτες. Υπάρχουν επίσης σύννεφα αερίου και σκόνης.

Μεταξύ των γαλαξιών, όπου φαίνεται ότι θα υπήρχαν πολύ λίγα "πράγματα", σε ορισμένα σημεία υπάρχουν σύννεφα καυσαερίων, ενώ άλλες περιοχές είναι σχεδόν κενά κενά. Το μόνο που είναι υλικό που μπορεί να ανιχνευθεί. Έτσι, πόσο δύσκολο μπορεί να είναι να κοιτάξει κανείς στο σύμπαν και να υπολογίσει, με λογική ακρίβεια, την ποσότητα φωτεινής μάζας (το υλικό που μπορούμε να δούμε) στο το σύμπαν, χρησιμοποιώντας ραδιόφωνο, υπερύθρων και ακτινογραφία αστρονομία?

Τώρα που οι αστρονόμοι έχουν εξαιρετικά ευαίσθητους ανιχνευτές, κάνουν μεγάλες προόδους στο να υπολογίσουν τη μάζα του σύμπαντος και τι κάνει αυτή τη μάζα. Αλλά αυτό δεν είναι το πρόβλημα. Οι απαντήσεις που παίρνουν δεν έχουν νόημα. Είναι η μέθοδος της προσθήκης της μάζας λάθος (δεν είναι πιθανό) ή υπάρχει κάτι άλλο εκεί έξω? κάτι άλλο που δεν μπορούν

Ένα από τα μεγαλύτερα αποδεικτικά στοιχεία για τη μάζα του σύμπαντος είναι κάτι που ονομάζεται κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο (CMB). Δεν είναι ένα φυσικό «εμπόδιο» ή κάτι τέτοιο. Αντ 'αυτού, είναι μια κατάσταση του πρώιμου σύμπαντος που μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας ανιχνευτές μικροκυμάτων. Το CMB χρονολογείται λίγο μετά το Big Bang και είναι στην πραγματικότητα η θερμοκρασία του περιβάλλοντος του σύμπαντος. Σκεφτείτε το ως θερμότητα που είναι ανιχνεύσιμη σε όλο τον Κόσμο εξίσου από όλες τις κατευθύνσεις. Δεν είναι ακριβώς όπως η θερμότητα που έρχεται από τον ήλιο ή ακτινοβολεί από έναν πλανήτη. Αντίθετα, είναι πολύ χαμηλή θερμοκρασία που μετράται σε 2,7 βαθμούς Κελσίου. Όταν οι αστρονόμοι πηγαίνουν να μετρήσουν αυτή τη θερμοκρασία, βλέπουν μικρές, αλλά σημαντικές διακυμάνσεις διαδίδονται σε αυτό το υπόβαθρο "θερμότητα". Ωστόσο, το γεγονός ότι υπάρχει, σημαίνει ότι το σύμπαν είναι ουσιαστικά "επίπεδο". Αυτό σημαίνει ότι θα επεκταθεί για πάντα.

Λοιπόν, τι σημαίνει αυτή η επίπεδη έννοια για να υπολογίσει τη μάζα του σύμπαντος; Ουσιαστικά, δεδομένου του μετρούμενου μεγέθους του σύμπαντος, αυτό σημαίνει ότι πρέπει να υπάρχει αρκετή μάζα και ενέργεια μέσα σε αυτό για να γίνει "επίπεδη". Το πρόβλημα; Λοιπόν, όταν οι αστρονόμοι προσθέτουν όλα "κανονική" ύλη (όπως τα αστέρια και οι γαλαξίες, συν το αέριο στο σύμπαν, αυτό είναι μόνο περίπου το 5% της κρίσιμης πυκνότητας ότι ένα επίπεδο σύμπαν πρέπει να παραμείνει επίπεδο.

Αυτό σημαίνει ότι το 95% του σύμπαντος δεν έχει εντοπιστεί ακόμα. Είναι εκεί, αλλά τι είναι; Που είναι? Οι επιστήμονες λένε ότι υπάρχει ως σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια.

Η μάζα που μπορούμε να δούμε ονομάζεται "βαριονική" ύλη. Είναι οι πλανήτες, οι γαλαξίες, τα σύννεφα αερίων και οι συστάδες. Η μάζα που δεν μπορεί να δει κανείς ονομάζεται σκοτεινή ύλη. Υπάρχει επίσης ενέργεια (φως) που μπορούν να μετρηθούν. ενδιαφέρουσα, υπάρχει και η λεγόμενη "σκοτεινή ενέργεια". και κανείς δεν έχει πολύ καλή ιδέα για το τι είναι αυτό.

Έτσι, τι συνθέτει το σύμπαν και σε ποια ποσοστά; Ακολουθεί μια ανάλυση των σημερινών αναλογιών μάζας στο σύμπαν.

Πρώτον, υπάρχουν τα βαριά στοιχεία. Αποτελούν περίπου το ~ 0,03% του σύμπαντος. Για σχεδόν μισό δισεκατομμύριο χρόνια μετά τη γέννηση του σύμπαντος τα μόνα στοιχεία που υπήρχαν ήταν το υδρογόνο και το ήλιο Δεν είναι βαρύ.

Ωστόσο, αφού γεννήθηκαν, έζησαν και πέθαναν αστέρια, ο σύμπαν άρχισε να γεμίζει με βαρύτερα στοιχεία από το υδρογόνο και το ήλιο που "μαγειρεύονταν" μέσα στα αστέρια. Αυτό συμβαίνει καθώς τα αστέρια διαστέλλουν το υδρογόνο (ή άλλα στοιχεία) στους πυρήνες τους. Το Stardeath απλώνει όλα αυτά τα στοιχεία στο διάστημα μέσω πλανητικών νεφελωμάτων ή εκρήξεων σουπερνόβα. Μόλις διασκορπιστούν στο διάστημα. είναι πρωταρχικό υλικό για την οικοδόμηση των επόμενων γενεών των αστεριών και των πλανητών.

Ωστόσο, αυτή είναι μια αργή διαδικασία. Ακόμη και σχεδόν 14 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη δημιουργία του, μόνο ένα μικρό κλάσμα της μάζας του σύμπαντος αποτελείται από στοιχεία βαρύτερα από το ήλιο.

Τα νετρίνα είναι επίσης μέρος του σύμπαντος, αν και μόνο το 0,3% του συνόλου. Αυτά δημιουργούνται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας πυρηνικής σύντηξης στους πυρήνες των αστεριών, τα νετρίνα είναι σχεδόν χωρίς μάζα σωματίδια που ταξιδεύουν σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός. Σε συνδυασμό με την έλλειψη επιβάρυνσης, οι μικροσκοπικές μάζες τους σημαίνουν ότι δεν αλληλεπιδρούν άμεσα με τη μάζα εκτός από την άμεση επίδραση σε έναν πυρήνα. Η μέτρηση των νετρίνων δεν είναι εύκολη υπόθεση. Ωστόσο, επέτρεψε στους επιστήμονες να λάβουν καλές εκτιμήσεις για τα ποσοστά πυρηνικής σύντηξης του Ήλιου και άλλων αστεριών μας, καθώς και μια εκτίμηση του συνολικού πληθυσμού νετρίνων στο σύμπαν.

Όταν οι stargazers αναζητούν τον νυχτερινό ουρανό, οι περισσότεροι από αυτούς που βλέπουν είναι αστέρια. Αποτελούν περίπου το 0,4% του σύμπαντος. Ωστόσο, όταν οι άνθρωποι κοιτάζουν το ορατό φως που προέρχεται από άλλους γαλαξίες ακόμα, τα περισσότερα από αυτά που βλέπουν είναι αστέρια. Φαίνεται περίεργο ότι αποτελούν μόνο ένα μικρό μέρος του σύμπαντος.

Έτσι, τι περισσότερο, άφθονο από τα αστέρια και τα νετρίνα; Αποδεικνύεται ότι, στο 4%, τα αέρια αποτελούν ένα πολύ μεγαλύτερο μέρος του Κόσμου. Συνήθως καταλαμβάνουν το χώρο μεταξύ τα αστέρια και, για αυτό το λόγο, το διάστημα μεταξύ ολόκληρων γαλαξιών. Το διαστρικό αέριο, το οποίο είναι ως επί το πλείστον μόνο ελεύθερο στοιχειώδες υδρογόνο και ήλιο, αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος της μάζας στο σύμπαν που μπορεί να μετρηθεί άμεσα. Αυτά τα αέρια ανιχνεύονται χρησιμοποιώντας όργανα ευαίσθητα στο ραδιόφωνο, το υπέρυθρο και τα μήκη κύματος των ακτίνων Χ.

Σκοτεινή ύλη

Το δεύτερο πιο άφθονο "υλικό" του σύμπαντος είναι κάτι που κανείς δεν έχει εντοπίσει αλλιώς. Ωστόσο, αποτελούν περίπου το 22% του σύμπαντος. Οι επιστήμονες που αναλύουν την κίνηση (περιστροφή) των γαλαξιών, καθώς και η αλληλεπίδραση των γαλαξιών σε συστάδες γαλαξιών, διαπίστωσαν ότι το σύνολο του υπάρχοντος αερίου και σκόνης δεν αρκεί για να εξηγήσει την εμφάνιση και τις κινήσεις των γαλαξιών. Αποδεικνύεται ότι το 80% της μάζας σε αυτούς τους γαλαξίες πρέπει να είναι "σκοτεινό". Δηλαδή, δεν είναι ανιχνεύσιμο στο όποιος μήκος κύματος φωτός, ραδιόφωνο γ-ακτίνων. Γι 'αυτό το "υλικό" ονομάζεται "σκοτεινή ύλη".

Η ταυτότητα αυτής της μυστηριώδους μάζας; Αγνωστος. Ο καλύτερος υποψήφιος είναι ψυχρή σκοτεινή ύλη, η οποία θεωρείται ότι είναι ένα σωματίδιο παρόμοιο με ένα νετρίνο, αλλά με μια πολύ μεγαλύτερη μάζα. Θεωρείται ότι αυτά τα σωματίδια, συχνά γνωστά ως ασθενώς αλληλεπιδρώντα μαζικά σωματίδια (WIMPs) προέκυψαν από τις θερμικές αλληλεπιδράσεις στις πρώτες γαλαξίας σχηματισμούς. Ωστόσο, μέχρι στιγμής δεν μπορούμε να εντοπίσουμε άμεσα ή έμμεσα τη σκοτεινή ύλη ή να την δημιουργήσουμε σε εργαστήριο.

Η πιο άφθονη μάζα του σύμπαντος δεν είναι σκοτεινή ύλη ή αστέρια ή γαλαξίες ή σύννεφα αερίου και σκόνης. Είναι κάτι που ονομάζεται "σκοτεινή ενέργεια" και αποτελεί το 73% του σύμπαντος. Στην πραγματικότητα, η σκοτεινή ενέργεια δεν είναι (πιθανό) ακόμη και μαζική καθόλου. Αυτό καθιστά την κατηγοριοποίησή του "μάζα" κάπως συγκεχυμένη. Οπότε, τι είναι? Ενδεχομένως είναι μια πολύ περίεργη ιδιότητα του χωροχρόνου, ή ίσως ακόμη και κάποιο ανεξήγητο (μέχρι τώρα) πεδίο ενέργειας που διαπερνά ολόκληρο το σύμπαν. Ή τα δύο από αυτά. Κανείς δεν ξέρει. Μόνο χρόνος και πολλά και πολλά περισσότερα δεδομένα θα σας πουν.

Επεξεργάστηκε και ενημερώθηκε από Carolyn Collins Petersen.