Темная материя и темная энергия – все о космосе

Темная материя и Темная энергия

Темная материя и темная энергия - все о космосе

Открытия в космологии обычно проходят в два этапа. На первом исследуется сама суть вопроса: существует ли это нечто? На втором ставится вопрос: что это такое? В случае с темной материей большинство ученых уверено, что первый этап пройден. Если же говорить о темной энергии, то так далеко они пока не продвинулись.

СКРЫТАЯ МАССА

Первым, кто указал на возможность существования темной материи, был швейцарский астроном Фриц Цвикки. В 1932 году он изучал скопление Волосы Вероники.

Исследуя движение галактик, вращавшихся вокруг его центра, Цвикки вычислил, сколько материи требуется, чтобы поддерживать их гравитационную связь.

Проанализировав их излучение и рассчитав общее количество имевшихся звезд, он обнаружил, что большей части массы не хватало.

Открытие Цвикки должно было бы вызвать громадный интерес, но из-за его раздражительного характера коллеги-ученые его не любили, поэтому это открытие, как и многие другие, сделанные им, были проигнорированы.

СПИРАЛЬНАЯ ЗАГАДКА

Пройдет еще 40 лет, когда другой ученый снова займется изучением скрытой массы. Этим ученым окажется Вера Рубин, работавшая на кафедре геомагнетизма Института Карнеги в Вашингтоне.

С помощью высокочувствительного спектрографа, сконструированного ее коллегой физиком Кентом Фордом, Рубин изучала движения звезд в спиральных галактиках, лежащих на ребре. При расчете скорости этих звезд она отметила аномалию.

На удалении от центра галактики звезды не замедлялись, как считалось ранее.

Ученые полагали, что звезды в центре, где скоплена большая часть массы, врашаются гораздо быстрее, чем во внешних областях (как планеты в планетарных системах).

ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ

Рубин поняла, что во внешнем гало спиральных галактик должна концентрироваться та же масса, что и в ярко сверкающем центральном диске. Однако увидеть ее невозможно, поскольку речь идет о темной материи.

По-началу эти рассуждения были встречены скептически, но дальнейшие исследования подтвердили выводы Рубин и Форда.

Анализ газа в скоплениях галактик с помощью рентгеновской обсерватории «Чандра» показал, что темной материи в 10 раз больше, чем вещества, имеющего излучение. Оказалось, что Цвикки был целиком прав.

Для более точного подсчета темной материи было разработано гравитационное линзирование. Этот метод впервые предложил также Цвикки. Все указывало на то, что темной материи было гораздо больше, чем видимого вещества. Правда, если вопрос о самом существовании темной материи больше не стоял, наука пока не могла объяснить, что же это такое.

СТРАННЫЕ ЧАСТИЦЫ

Считалось, что некоторая часть темной материи может включать нейтрино, черные дыры и плотные образования, названные «массивными объектами гало галактик» (МАСНО), такие как коричневые карлики.

Профессор астрономии из Принстонского университета в Нью-Джерси Джерри Острикер считает, что «мы не знаем, что такое темная материя, зато мы знаем о том, что к ней точно не относится».

У темной материи есть масса, говорит он, но она не участвует в электромагнитном взаимодействии с другой материей, поэтому не излучает и не поглощает свет.

Во-вторых, она не содержит обычных элементарных частиц, о которых мы знаем, поэтому, возможно, она состоит из каких-то странных частиц, которые пока не открыты. Ученые называют такие частицы «слабовзаимодействуюшими массивными частицами» (WIMP). Предпринимаются попытки обнаружить их, но на сегодня результаты пока нулевые.

ТЕМНАЯ ЭНЕРГИЯ

Впереди ученых ожидали два новых удара.

Удар № 1: по картам космического фонового излучения вывели форму Вселенной, что дало основание считать, что масса Вселенной намного больше, чем предполагалось ранее.

Удар № 2: изучая красное смешение сверхновых типа 1i в попытках определить скорость расширения Вселенной, астрофизик Сол Перлмуттер, возглавлявший Космологический проект по изучению сверхновых звезд в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли, сделал открытие.

Он обнаружил, что эти сверхновые были на самом деле на 17-25 % более тусклыми, чем предполагалось по теории Большого взрыва. Они находились от нас дальше, чем показывали прежние прогнозы, стало быть, скорость расширения Вселенной растет. Должна существовать отрицательная гравитация.

Ее нарекли темной энергией, и все ученые мира принялись за формулировку теории.

КОСМОС УСКОРЯЕТСЯ

Одно из объяснений, что такое темная энергия, может заключаться в том, что после Большого взрыва она была доминирующей силой, но с расширением Вселенной ее гравитация ослабла.

По мере того как плотность пространства уменьшилась примерно 6 млрд лет назад, темная энергия взял верх, и расширение Вселенной стало ускоряться.

Другая гипотеза требует повторного введения космологической постоянной Эйнштейна, указывающей на то, что пространство само противодействует гравитации.

Еще одна теория описывает темную энергию как форму отрицательного давления или такой тип силового поля (как электромагнетизм), называемый квинтэссенцией, который отталкивает материю.

Поскольку энергия и масса взаимозаменяемы (по знаменитой формуле Эйнштейна E = mc²), темная энергия может составлять большую часть массы во Вселенной — чуть ли не до 73 %. А вот темная материя охватывает меньше 27 %, тогда как звезды, газ и пыль вместе дают оставшуюся часть (0,5%). Какое из решений правильное, ученым пока еще только предстоит решить.

    2020      

Поддержите проект Мир Знаний, подпишитесь на наш канал в Яндекс Дзен

Источник: http://mir-znaniy.com/temnaya-materiya-i-temnaya-energiya/

Загадочная темная энергия космоса. Открытия ученых

Если выбрать любую звезду из сотен миллиардов галактик во Вселенной, то можно провести с ней мысленный эксперимент. Вокруг этой звезды вращаются десятки планет и спутников. Представим, что на одной из них есть разумная жизнь.

Это одна из десяти миллионов форм жизни на этой планете. И эта подгруппа считает, что все знает. Их мир является центром Вселенной, которая сотворена для них и они знают все ее устройство. Их знание является полным.

Насколько серьезно вы воспримите их утверждение?

Наши предки верили, что Вселенная сотворена для них. Было естественно допустить, что мы находимся в ее центре. В конце концов, все выглядит так, как будто все звезды и солнце вращаются вокруг нас. Мы до сих пор говорим, что Солнце восходит. Структура нашего языка, мифы и грезы, унаследованы нами от донаучной эры.

Первом глобус, сделанный в 1492 году, был передовой моделью Земли. На нем было три континента: Европа, Африка, и Азия. Эти три континента разделял один единственный великий мировой океан.

Географы тех времен и представить себе не могли, что северные и южные Америки вообще существуют.

Весьма ограниченный взгляд, не так ли? Но суть в том, что они знали о своем мире, Земле, бесконечно больше, чем мы знаем о нашем мире, Вселенной.

Как Виктор Гесс открыл космическую радиацию

В 1912 году, Виктор Гесс, совершил несколько полетов над Австрией и открыл нечто, что ученые любят больше всего: загадку, бросающую вызов традиционному научному пониманию. И даже сейчас, век спустя, мы по-прежнему не можем до конца объяснить то, что обнаружил Гесс.

Был открыт новый вид энергии – радиоактивность. Она испускалась некоторыми элементами, такими, как, радий. Но, она также была обнаружена в воздухе, далеко от радиоактивной руды. Она была повсюду. Откуда бралась эта странная энергия? Никто не знал.

Гесс предположил, что она может исходить из-под земли. И чтобы проверить свою гипотезу, он запустил датчики радиоактивности высоко в небо. Во время рискованного подъема на шаре, наполненным водородом, он достиг более пяти километров.

Когда он достиг одного из верхних тонких слоев атмосферы, он обнаружил, что радиация здесь была сильнее, более чем в два раза, нежели чем на Земле. Должно быть, она исходит сверху. Вот почему ее интенсивность была слабее, чем на поверхности.

Атмосфера Земли поглощает большую ее часть.

Ученые предполагали, что радиация испускается Солнцем. Чтобы проверить эту идею, Гесс поднялся на шаре вверх во время солнечного затмения. Но затмение никак не повлияло на радиацию. Гесс также отметил, что радиация была одинакова и днем и ночью. Она исходила сверху, но не от Солнца.

Чего Гесс не знал, так это того, что солнечный ветер, не движется так быстро. Тем не менее, неправильным путем, он пришел к верному умозаключению. Гесс открыл космическую радиацию. Поток субатомных частиц, двигающийся по всей Вселенной со скоростью близкой к скорости света.

Эта радиация была бы смертельной для нас, если бы не было, покрывающей Землю атмосферы.

Некоторые космические лучи обладают энергией, сравнимой с энергией пули, выпущенной из ружья. Потребуется десятки лет, чтобы проследить происхождение этих лучей, во взрыве, невообразимой силы.

Космическое излучение, обнаруженное Виктором Гессом в небе Австрии, озадачило ученых. Радиоактивность земных минералов, таких, как, урановая руда, является следствием распада атомов.

Но лучи из космоса, были явно другой природы. Они оказались, гораздо сильнее всего того, что было известно в то время.

На протяжении двух десятилетий, ученые строили гипотезы относительно происхождения этого излучения.

Гениальные открытия Фрица Цвики

В 1933 году, Фриц Цвики обнаружил, что некоторые звезды вспыхивают, и прежде, чем вновь погаснуть, на протяжении нескольких недель светят ярче, чем их целая родительская галактика. Он предположил, что так гибнут массивные звезды. Взрываясь, они выбрасывают все свое вещество в космос. Это явление гибели звезды, ученые назвали – Сверхновой.

Умирающая звезда, сжимается от, более чем полутора километров в диаметре, всего, до пятнадцати километров. Оставшееся ядро, обладает такой высокой плотностью, что мельчайшая ее крупинка, будет весить, как великая пирамида Хеопса.

Читайте также:  Краткий обзор телескопов системы максутова - все о космосе

Оно практически целиком состоит из субатомных частиц, называемых нейтронами, поэтому, эти причудливые объекты, назвали нейтронными звездами.

И через тридцать пять лет, после предсказания их существования, астрономы стали их находить. Когда они быстро вращаются, и испускают периодические всплески радиоволн, мы зовем их — пульсарами.

Нейтронными звездами и Сверхновыми, можно объяснить широкий спектр космического излучения, но откуда берется, самое высокоэнергетическое излучение? Наука еще не может дать объяснение этому.

Цвики, была также выдвинута идея, что гравитация галактики деформирует ткань пространства и действует как линза. Свет от других галактик, находящихся сзади, искажается и притягивается, поэтому астрономы на Земле видят несколько искаженных изображений, одной и той же, удаленной галактики, совсем, как в кривом зеркале.

Спустя сорок лет после этого предсказания, мы наблюдали и это явление. Но Цвики сделал и, еще одно открытие, в далеких 30-х годах прошлого столетия. Изучая скопление галактик «Волосы Вероники», он отметил нечто любопытное. Эти галактики двигались слишком уж быстро.

Быстро настолько, что они должны были бы по идее разлететься в разны стороны друг от друга, так как их собственной гравитации,  не хватило бы, чтобы сдержать скопления вместе. Цвики подумал, что там должно быть что-то еще, что сдерживает их. Эта недостающая составляющая должна была весить, примерно, в 50 раз больше, чем все те звезды.

Но никто тогда не обратил должного внимания на этот невероятный факт.

В нашей Солнечной системе, ближайшая к Солнцу планета Меркурий, движется на много быстрее, самой отдаленной планеты – Нептуна. И в этом есть смысл.

Чем сильнее вы, что-либо тянете или толкаете, тем быстрее, оно движется. Притяжение Солнца слабеет с расстоянием, поэтому дальние его планеты движутся медленнее.

Все полагали, что та же картина будет наблюдаться в случае, отдаленных от центра галактики, звезд.

Удивительные наблюдения астронома Веры Рубен

Большинство звезд сконцентрировано в центре галактики, поэтому, их суммарная гравитация будет притягивать остальные звезды, так же, как и Солнце, притягивает свои планеты.

Но в 70-х годах 20 века, астроном Вера Рубен, изучая галактику Андромеда, обнаружила, что внешние звезды не подчиняются этому правилу.

В отличие от внешних планет Солнечной системы, отдаленные звезды в галактике двигались с той же скоростью, что и близкие к его центру. То есть, гораздо быстрее, чем это ожидалось. «Забавно», подумала Вера, « с галактикой Андромеда, должно быть что-то не так».

Поэтому она пронаблюдала за еще одной галактикой – та же история. Затем за еще одной, еще, и т.д. Вера изучила 60 галактик, и выяснила, что все они, будто нарушают, закон тяготения – один из фундаментальных признаков физики.

После некоторого здорового скепсиса, ее коллеги прошли по стопам Веры и поняли, что она права. Закон всемирного тяготения Ньютона не ошибочен. Вера Рубен открыла, что звезды движутся так быстро из-за гравитации чего-то массивного и невидимого.

Фриц Цвики, еще в 1933 году, предсказывал неизвестный источник гравитации скопления галактик, который он назвал «темной материей»

Вера Рубен подтвердила существование нового, намного более широкого космоса. В нем, так же, как и в нашем, было полно загадок.

Темная материя невидима, ее можно засечь только, по оказываемому ею гравитационному эффекту, который заставляет видимые звезды и галактики двигаться быстрее.

Ее происхождение это еще одна тайна, покрытая мраком. Рубен представила доказательства того, что невидимая нам материя, почти в десять раз больше, той, что мы можем наблюдать.

Это, как мы, стоя на морском пляже, ошибочно приняли бы пену от волн за весь океан.

Вера Рубен, наблюдая за звездами, поняла, что они есть, только пена на волнах. Что огромнейшая часть океана остается неизвестной.

Темная энергия. Расширение Вселенной

Наша галактика, Млечный путь, включает в себя несколько миллиардов звезд. А еще в ней есть облака газа и пыли – строительный материал будущих звезд. А это одна из сотен миллиардов таких же галактик, и это не считая миллиардов триллионов планет, спутников и комет.

И все это лишь пять процентов от того, что существует на самом деле. Следствием этого является, еще большая загадка, чем темная материя – темная энергия. Именно она составляет большую часть Вселенной и заставляет ее расширяться.

И именно Сверхновые Фрица Цвики, озарили путь к тайне ее существования.

По одному из сценариев, когда звезда вырабатывает все свое ядерное топливо, она охлаждается, и внезапно калапсирует под действием собственной гравитации. На это звезда отвечает невероятной силой взрыва, оставляя после себя нейтронную звезду, или же черную дыру.

Так как массы исходных звезд бывают разными, то и максимальная яркость этих звезд, широко варьируется. Поэтому нельзя сказать насколько далеко звезда, ссылаясь на ее яркость.

Сверхновая, находящаяся относительно недалеко, может показаться столь же яркой, что и более мощная, но, находящаяся значительно дальше.

Но есть еще один вид сверхновых, которые светят одинаково ярко. Это явление знаменует собой грандиозное окончание смертельного танца двух звезд: Гиганта и Карлика. Когда эти звезды вращаются близко друг к другу, Карлик поглощает внешние слои Гиганта.

Когда приобретенная Карликом масса пресекает критическую черту, тот взрывается, словно колоссальнейшая термоядерная бомба. На протяжении нескольких недель яркость такой Сверхновой затмевает суммарный свет от всех звезд этой галактики. Этот тип Сверхновых объединяет одинаково исходящая интенсивность свечения.

Она в пять миллиардов раз ярче нашего Солнца. При помощи больших телескопов, мы можем их наблюдать даже на краю обозримой Вселенной.

Благодаря тому, что они обладают одинаковой мощностью, они являются идеальным инструментом измерения расстояния самых отдаленных рубежей Вселенной. Мы зовем их – стандартными свечами.

В 1929 году, Эдвин Хаббл, обнаружил, что Вселенная расширяется. Далекие галактики улетают друг от друга. Позже мы узнали, что это расширение началось во взрыве, породившим Вселенную, почти 14 миллиардов лет тому назад.

Все полагали, что скорость расширения будет снижаться из-за взаимного притяжения всех частей Вселенной.

Если в ней достаточно темной материи, то ее гравитация постепенно остановит расширение и Вселенная начнет сжиматься. В таком случае, все закончится большим сжатием.

Но с другой стороны, если во Вселенной не так много темной материи, то расширение будет продолжаться вечно, становясь все медленнее.

Две конкурирующие команды астрономов наблюдали такие Сверхновые в далеких галактиках. В итоге, они получили еще один любопытный результат.

В 1998 году, команды независимо друг от друга, пришли к одному и тому же заключению: расширение отнюдь не замедляется, напротив, оно только набирает скорость. Это означает, что расширение Вселенной будет длиться вечно.

Как будто есть, какая-то таинственная сила во Вселенной, которая сокрушает гравитацию и разрывает Космос на части. Почти вся энергия во Вселенной связана с этой неизвестной силой.

Мы зовем ее темной энергией, но данное имя, как и в случае темной материи, является лишь следствием нашего незнания. Нет ничего страшного в том, чтобы не знать все ответы. Страшнее искренне верить в то, что может оказаться ошибочным. Думая, что ты все знаешь, ты упускаешь возможность, докопаться до истины.

Источник: http://nasch-mir.ru/temnaya-energiya/

Темная материя и темная энергия

Объекты глубокого космоса > Темная материя и темная энергия

Темная материя  и темная энергия – это то, что не видно глазу, однако их присутствие доказано в ходе наблюдений за Вселенной. Миллиарды лет назад наша Вселенная родилась после катастрофического Большого Взрыва. По мере того, как ранняя Вселенная медленно охлаждалась, в ней начала развиваться жизнь.

В результате сформировались звезды, галактики и остальные видимые ее части. Размеры нашей Вселенной просто ошеломительны. К примеру, одного Солнца достаточно для освещения и обогрева миллиона планет, аналогичных Земле. При этом Солнце является звездой среднего размера, а одна только наша галактика состоит из 100 миллиардов звезд.

Это количество превышает количество песчинок на небольшом пляже. Однако это еще не все.

График распределения темной материи и темной энергии сегодня и 13.7 млрд лет назад

Как известно, Вселенная состоит из нескольких миллиардов галактик, где существует самая разная материя.  Возможно ли, чтобы какая-то из этих материй была невидима глазу.

Скорее всего, поскольку результаты недавно проведенных исследований показали, что мы можем видеть лишь десятую часть Вселенной.

Значит, более 90% материи человек просто не способен рассмотреть даже с использованием специального оборудования. Астрономы называют такую материю темной.

Изучение темной материи

Доказательством существования темной материи является ее тяжесть – сила гравитации, которая, словно клей, сохраняет целостность Вселенной. Все части Вселенной взаимно притягиваются друг к другу.

Благодаря этому ученые смогли рассчитать общую массу видимой Вселенной, а также показатели гравитационных сил.

В ходе расчетов был выявлен существенный дисбаланс в этих параметрах, что дало основание полагать, что существует некая невидимая материя, обладающая определенной массой и также подверженная воздействию гравитации.

Кроме того, доказательством существования темной материи стало ее гравитационное влияние на другие объекты, в том числе на траекторию движения звезд и галактик. Было обнаружено, что многие галактики вращаются быстрее, чем ожидалось. Согласно теории гравитации А. Эйнштйна, они должны разлетаться в разные стороны. Однако что-то невидимое будто удерживает их вместе.

Также темная материя может повлиять на траекторию распространения света.

Читайте также:  Планковская длина и объем - все о космосе

Было исследован феномен гравитационного линзирования, который состоит в том, что плотные объекты способны отражать свет дальних объектов, меняя траекторию световых потоков.

Это приводит к искажению изображения и возникновению миражей звезд и галактик. Ученые фиксируют эти световые изгибы, но не могут назвать природу этого явления.

Массивный астрономический гало-объект

Темная материя в нашей Вселенной может существовать в виде массивных астрономический гало-объектов (МАГО). К ним относятся планеты, луны, коричневые и белые карлики, пылевые облака, нейтронные звезды и черные дыры.

Как правило, они слишком малы, чтобы их свет был обнаружен человеком, однако их существование может быть вычислено через гравитационное воздействие на световые потоки. В последние годы астрономы обнаружили несколько типов МАГО-объектов.

Они могут состоять как из обычных барионных частиц, так и аксинов, нейтринов, вимпилов и суперсимметричной темной материи.

Исследование темной материи и темной энергии

Поскольку интерес к темной материи продолжает расти, появляются новые инструменты, помогающие в получении более обширных представлений об этом таинственном феномене. Так, космический телескоп Хаббл предоставил весьма ценную информацию о размере и массе видимой Вселенной. Эти данные стали первым и очень важным шагом на пути к изучению истинного количество темной материи во Вселенной.

На этом коллаже показаны изображения шести разных галактических скоплений, сделанные при помощи космического телескопа НАСА Хаббл. Кластеры были обнаружены во время попыток исследовать поведение темной материи в галактических скоплениях при их столкновении.

Важно понимать, что устройство Вселенной не является случайным, и с помощью Хаббла можно детально представить ее структуру. Доподлинно известно, что галактики располагаются в кластерах, а эти кластеры –  в суперкластерах. Сверхскопления космических тел находятся  в губчатой структуре с обширными пустотами. Очевидно, формирование такой структуры обусловлено весьма конкретными причинами.

Рентгеновские телескопы, которые имеются в обсерватории Чандра, помогают в изучении огромных облаков горячего газа в этих скоплениях. Ученые выяснили, что в этих областях должна присутствовать и темная материя, иначе газ будет утекать из кластера. Кроме того, в данный момент ведется разработка новых инструментов, которые, в конце концов, помогут разглядеть эту темную сторону Вселенной.

Источник: http://o-kosmose.net/temnaya-materiya-vselennoy/

Темная материя в астрономии, космологии и философии – интересные факты

Термин «темная материя» (или скрытая масса) используется в разных областях науки: в космологии, астрономии, физике. Речь идет о гипотетическом предмете – такой форме содержимого пространства и времени, которая напрямую взаимодействует с электромагнитным излучением и не пропускает его через себя.

Темная материя – что это?

С незапамятных времен людей волновал вопрос происхождения Вселенной и процессы, ее формирующие. В век технологий были сделаны важные открытия, и теоретическая база существенно расширена.

В 1922 году британский физик Джеймс Джинс и голландский астроном Якобус Каптейн обнаружили, что большая часть галактического вещества не видима. Тогда впервые был назван термин темная материя – это такое вещество, которое нельзя увидеть ни одним из известных человечеству способов.

Присутствие загадочной субстанции выдают косвенные признаки – гравитационное поле, тяжесть.

Темная материя в астрономии и космологии

Предположив, что все предметы и части во Вселенной притягиваются друг к другу, астрономы смогли найти массу видимого космоса. Но было обнаружено несоответствие в весе реальном и предсказанном. И ученые выяснили, что существует невидимая масса, на долю которой положено до 95% всей неизведанной сущности во Вселенной. Темная материя в космосе обладает следующими признаками:

  • подвержена воздействию гравитации;
  • влияет на другие космические объекты,
  • слабо взаимодействует с реальным миром.

Темная материя – философия

Отдельное место занимает темная материя в философии. Данная наука занимается исследованием мироустройства, основ бытия, системы видимых и невидимых миров. За первооснову было взято некое вещество, определяемое пространством, временем, окружающими факторами.

Обнаруженная многим позже таинственная темная материя космоса изменила понимание мира, его устройства и эволюции.

В философском смысле неизвестная субстанция, как сгусток энергии пространства и времени, присутствует в каждом из нас, поэтому люди смертны, ведь состоят из времени, которое имеет конец.

Для чего нужна темная материя?

Лишь малая часть космических объектов (планеты, звезды и пр.) – видимое вещество. По меркам различных ученых темная энергия и темная материя занимают практически все пространство в Космосе. На долю первой приходится 21-24%, энергия же занимает 72%. Каждое вещество неясной физической природы имеет свои функции:

  1. Черная энергия, не поглощающая и не испускающая свет, отталкивает объекты, заставляя Вселенную расширяться.
  2. На основе скрытой массы строятся галактики, ее сила притягивает предметы в космическом пространстве, удерживает их на своих местах. То есть она замедляет расширение Вселенной.

Из чего состоит темная материя?

Темная материя в Солнечной системе – это то, что нельзя потрогать, рассмотреть и изучить досконально. Поэтому выдвигается несколько гипотез относительно ее природы и состава:

  1. Неизвестные науке частицы, участвующие в гравитации, являются составляющей данной субстанции. Обнаружить их в телескоп невозможно.
  2. Феномен являет собой скопление маленьких черных дыр (размером не больше Луны).

Можно различить два вида скрытой массы в зависимости от скорости составляющих ее частиц, плотности их скопления.

  1. Горячая. Ее недостаточно для формирования галактик.
  2. Холодная. Состоит из медленных, массивных сгустков. Этими составляющими могут быть известные науке аксионы и бозоны.

Существует ли темная материя?

Все попытки измерить объекты неизученной физической природы не принесли успехов. В 2012 году было исследовано движение 400 звезд вокруг Солнца, но присутствие скрытого вещества в больших объемах не было доказано.

Даже если темная материя не существует в реальности, она имеет место быть в теории. С ее помощью объясняется нахождение объектов Вселенной на своих местах. Некоторые ученые находят доказательства существования скрытой космической массы.

Ее присутствие во Вселенной объясняет тот факт, что скопления галактик не разлетаются в разные стороны и держатся вместе.

Темная материя – интересные факты

Природа скрытой массы остается загадкой, но она продолжает интересовать ученые умы всего мира. Регулярно проводятся эксперименты, с помощью которых пытаются исследовать саму субстанцию и ее побочные эффекты. И факты о ней продолжают множиться. Например:

  1. Нашумевший Большой адронный коллайдер, являющийся самым мощным в мире ускорителем частиц, работает на повышенной мощности, чтобы выявить существование невидимого вещества в Космосе. Мировая общественность с интересом ждет результатов.
  2. Японские ученые создают первую в мире карту скрытой массы в пространстве. Закончить ее планируется к 2019 году.
  3. Недавно физик-теоретик Лиза Рэндалл выдвинула предположение, что темная материя и динозавры связаны. Эта субстанция направила на Землю комету, которая уничтожила жизнь на планете.

Составляющие нашей галактики и всей Вселенной – это светлая и темная материя, то есть видимые и не видимые объекты.

Если с изучением первых современная техника справляется, методы постоянно совершенствуются, то скрытые субстанции исследовать весьма проблематично. Человечество еще не пришло к пониманию этого феномена.

Невидимая, неосязаемая, но вездесущая темная материя была и остается одной из главных загадок Вселенной.

Двуликий Янус – кто это в мифологии?Древний бог войны и времени Двуликий Янус был правителем земель, ставших прародиной современной Италии и Рима. Он не отличился никакими подвигами, но прославился как покровитель воинов и человек, который может видеть прошлое и будущее. Лохнесское чудовище – интересные факты и гипотезы о НессиЛохнесское чудовище является мистическим животным, существование которого до сих пор не удалось доказать. Есть огромное количество свидетельств простых людей, которые видели его, а также фотографии, сделанные разными исследователями.
Золотой телец – чем грозит поклонение идолу?Золотой телец – идол, который символизирует все богатства, их власть над человеком и страшнейший грех вместе с тем. За поклонение ему чуть не был истреблен весь израильский народ. Некоторые исследования и сказания наталкивают на размышления, что бык – это символический бог Молох. Яблоко раздора – кто съел яблоко раздора – легендаЯблоко раздора из древней мифологии и сегодня на слуху у многих. Факты из жизни выдуманных мифических персонажей, связанных с этим понятием, будут интересны не только любителям мифов и легенд.

Источник: https://womanadvice.ru/temnaya-materiya-v-astronomii-kosmologii-i-filosofii-interesnye-fakty

Темная материя, темная энергия и расширение Вселенной

Карта космического микроволнового фонового излучения (реликтового излучения), составленная Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. Предоставлено: команда WMAP.

Что-то происходит в космологии, что может вынудить нас переписать несколько учебников. Все это сосредоточено вокруг измерений расширения Вселенной, что очевидно является самой главной частью нашего понимания космоса.

Расширение Вселенной регулируется двумя вещами: Темной Энергией и Темной Материей. Они похожи на инь и янь космоса. Одна стимулирует расширение, в то время как другая “включает тормоза”.

Темная Энергия подталкивает вселенную к постоянному расширению, в то время как Темная Материя обеспечивает гравитацию, которая замедляет это расширение.

И до сих пор Темная Энергия, кажется, была постоянной силой, никогда не колеблющейся.

Как это узнали? Итак, космическое микроволновое фоновое излучение (реликтовое излучение) – это один способ, которым измерили расширение. Реликтовое излучение похоже на эхо из первых дней Вселенной.

Это доказательство оставило позади момент около 380000 лет после Большого Взрыва, когда скорость расширения Вселенной стабилизировалась. Реликтовое излучение – это источник для большей части того, что мы знаем о Темной Энергии и Темной Материи.

(Вы может услышать реликтовое излучение сами, настроив радио. Небольшой процент тех помех идет от реликтового излучения. Это как слушать эхо Большого Взрыва.)

Читайте также:  Общий обзор комет - все о космосе

Реликтовое излучение измеряют и исследуют довольно тщательно, в основном космической обсерваторией Планка Европейского космического агентства (Planck Observatory) и космическим аппаратом Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP).

Планк, в частности, подарил нам снимок молодой Вселенной, что позволило космологам предсказать расширение Вселенной. Но наше понимание расширения Вселенной появляется не только из исследования реликтового излучения, но и из Постоянной Хаббла.

Постоянная Хаббла названа в честь Эдвина Хаббла (Edwin Hubble), американского астронома, который заметил, что скорость расширения галактик может быть подтверждена красным смещением.

Хаббл наблюдал за переменными звездами цефеидами, тип стандартной свечи, которая предоставляет нам надежные измерения расстояний между галактиками. Объединяя два наблюдения, скорость и расстояние, становится возможным измерение расширения Вселенной.

Итак, у нас есть два способа измерить расширение Вселенной, и они лучше всего согласуются друг с другом. Существует несоответствие между этими двумя способами в несколько долей процента, но это в пределах погрешности измерений.

Но теперь кое-что поменялось.

В новой статье Доктор Адам Рис (Dr. Adam Riss) из Университета им. Джонса Хопкинса и его команда сообщили о более точном измерении расширения Вселенной. Рис и его команда использовали космический телескоп Хаббл для наблюдений за 18 стандартными свечами в нашей галактике и немного снизили неопределенность, присущую прошлым исследованиям стандартных свечей.

Результатом их более точного измерения стало уточнение постоянной Хаббла. И это, в свою очередь, увеличило разницу между двумя способами, которыми измеряют расширение Вселенной.

Разница между тем, что говорит нам постоянная Хаббла о скорости расширения, и тем, что говорит космическая обсерватория Планк, составляет 8%.

И 8% – это слишком большое расхождение, чтобы объяснять его ошибками измерений.

Итог всего этого в том, что нам может понадобиться пересмотреть стандартную модель космологии, чтобы она соответствовала этому. А прямо сейчас мы можем только предполагать, что нужно изменить. Есть хотя бы пара кандидатов.

Все может быть сосредоточено вокруг Темной Материи и того, как она себя ведет. Возможно, что на Темную Материю влияет сила во Вселенной, которая не действует больше ни на что. Поскольку о Темной Материи известно так мало, ее название – чуть больше, чем заменитель чего-то, о чем мы почти полностью не осведомлены.

Или это может быть связано с Темной Энергией. Ее название тоже просто заменитель для чего-то, о чем мы почти ничего не знаем. Может быть Темная Энергия не является величиной постоянной, как мы думали, но меняется с течением времени, чтобы стать сильнее сейчас, чем в прошлом. Это могло бы объяснить расхождение.

Третья возможность заключается в том, что стандартные свечи – ненадежные индикаторы расстояния, как мы раньше думали. Мы оптимизировали наши измерения стандартных свечей раньше, и, возможно, сделаем это снова.

Куда это все приведет – открыто для спекуляций. Скорость расширения Вселенной менялась ранее – около 7,5 млрд лет назад она ускорилась. Может быть она снова меняется прямо сейчас, в наше время. Поскольку Темная Энергия занимает так называемое пустое пространство, возможно, она создается по мере расширения Вселенной. Может быть мы движемся к еще одной точке разворота или равновесия.

Единственное точно известно, что это тайна, которую мы стремимся понять.

Evan Gough

Источник: http://victorpetrov.ru/temnaya-materiya-temnaya-energiya-i-rasshirenie-vselennoj.html

Тёмная материя

В 30-х годах ХХ в. швейцарец Ф. Цвикки наблюдал за одним из самых больших галактических скоплений в созвездии Волосы Вероники.

Из наблюдений выяснилось, что видимая масса скопления гораздо меньше существующей. Эти данные подтвердились через сорок лет Верой Рубин.

Стало понятно, что некая тёмная материя и тёмная энергия наполняют основной массой и галактическое пространство, и любое другое.

Наличие тёмной материи начали предполагать исходя из некоторых наблюдении:

  • Скорости вращения галактик не убывают от центра к краям. Убывание скорости должно происходить, если галактическая масса соответствует видимой.
  • Исследования спутников галактик и шаровых скоплений показывали, что вся масса галактики больше общей массы её звёзд и других составляющих
  • Двойные галактические системы и скопления обладали большей долей тёмной материи
  • В эллиптических галактиках звёздной массы не хватит, чтобы удерживать горячий газ

Из всех наблюдений выявились некоторые свойства таинственного вещества. Оно может взаимодействовать с обычным веществом. Тёмная материя в несколько раз плотнее барионного, и захватывает его частицы посредством гравитационных ям. Вследствие этого происходит свечение.

Вокруг нашего светила, на расстояниях до 13 тыс. св. лет, больших объёмов тёмной материи не выявлено, хотя, по расчётам, концентрация её должна быть порядка 0,5 кг на объём Земли.

Обсерватория «Планк» в 2013 году опубликовала данные о составе наблюдаемой Вселенной. Обычная (барионная) материя составляет 4,9%, тёмная – 26,8%, а тёмная энергия – 68,3%. Из этого очевидно, что тёмная материя и тёмная энергия — основа нашей Вселенной.

Что входит в тёмную материю (теории)

  • Барионная тёмная материя. Вполне логично допущение, что эта материя обычная, но плохо взаимодействующая электромагнитным образом. Поэтому обнаружить её не удаётся. Состав этого вещества может быть таким: звёзды-карлики, тёмные гало, нейтронные звёзды, чёрные дыры.

    Возможно присутствие звёзд кварковых и преонных, но они имеют статус объектов гипотетических. Такой вариант объяснения тёмной материи следует из космологии Большого взрыва. Исходя из этого, получается, что концентрация лёгких элементов должна быть резко отличной от наблюдаемой.

  • Небарионная тёмная материя.

     Предполагаемых объектов такого вещества достаточно. Но, конечно, всё это – теоретические модели.

  • Лёгкие нейтрино. Эти частицы реально существуют, и этот факт доказан. Считается, что их число во Вселенной аналогично числу фотонов. Хотя они и обладают очень малой массой, но общее число вполне может влиять на динамику пространства.

    Их масса в диапазоне 10-2 – 10-3 эВ. После производства некоторых экспериментов выяснилось, что лёгкие нейтрино не могут быть доминирующей частью тёмной материи.

  • Тяжёлые нейтрино. Эти нейтрино названы стерильными за неспособность слабого взаимодействия.

    Изученные свойства этих частиц таковы, что они вполне способны составить значительную часть тёмной материи. Параметры их масс — 10-1 – 10-4 эВ.

  • Аксионы. Такой тип частиц относится к гипотетическим нейтральным. Они введены в квантовую хромодинамику для решения некоторых проблем.

    Возможно, что они составляют существенную часть тёмной материи, несмотря на небольшую массу — 10-5эВ.

  • Суперсимметричные частицы. Теоретически существует одна такая частица — LSP. Она стабильная, и не участвует в электромагнитных и сильных взаимодействиях . Ею может быть гравитино, фотино, хиггсино и некоторые другие.
  • Космионы.

     Такие частицы ввели в физику, чтобы разрешить проблемы солнечных нейтрино. Но, после разрешения некоторых теорий, эти частицы, вероятно, исключат из числа претендентов, составляющих тёмную материю.

  • Дефекты пространства-времени. В вакуумном поле Вселенной могли происходить энергетические скачки.

     Результатом этого могла стать различная выстроенность скалярного поля. При взаимодействии областей, имеющих различную ориентацию, образовывались дефекты разных конфигураций. Объекты, полученные при этом, наделены большой массой. Они вполне могли бы стать доминирующей составляющей тёмной материи. Но пока такие частицы не обнаружены.

Классификация

Начальные стадии развития Вселенной характерны термодинамическим равновесием между частицами тёмной материи и космической плазмы.

В какой-то момент началось снижение температуры, из-за чего изменились параметры пролёта частиц в плазме. Все взаимодействия с барионными частицами прекратились.

Исходя из значений температуры, при которых это случилось, тёмная материя разделяется на три типа:

  1. Горячая. Такой параметр тёмной материи получился из-за многократного превышения энергии частиц над их массой, случившегося в точке выхода из равновесия.
  2. Холодная. Это частицы, вылетевшие из плазмы в нерелятивистском состоянии, то есть, не имеющие околосветовых скоростей. На роль таких частиц претендует класс вимпов – это массивные, но слабо взаимодействующие частицы. Они тоже пока существуют только в умах учёных. Они имеют приличную массу – больше десятков ГэВ – и остаточную концентрацию, которая способна сбалансировать энергии современной Вселенной. Сила их взаимодействия с барионным веществом позволяет надеяться на обнаружение их в прямом виде. Из теоретических разработок следует, что тёмная материяв любой галактике должна особенно концентрироваться в её центре. Но астрономические наблюдения  опровергают это, показывая, что она собирается в гало вокруг галактик и наполняет межгалактические пустоты.
  3. Тёплая. Такой тип материи составляют частицы, имеющие массу, не меньше 1 эВ. На выходе из равновесного состояния такие частицы были релятивистские. Они могли образоваться во время  перехода из одной стадии расширения Вселенной в другую. Возможными кандидатами на роль такого типа материи стали нейтрино и LSP-гравитино.

Изучение тёмной материи

Пока известно о трёх методах, позволяющих производить прямые астрономические наблюдения.

  1. Динамический. Изучаются радиальные скорости галактик в их скоплениях при помощи современных приборов.
  2. Газодинамический. Исследуется рентгеновское излучение горячих газов скоплений.
  3. Расчёт слабого гравитационного линзирования. Для этого метода необходимы точные изображения очень удалённых крупнейших скоплений галактик.

Фактическое обнаружение частиц

Все частицы тёмной материи не имеют электрического заряда. Это является главной трудностью в их поиске, существующем в двух вариантах.

  1. Прямой. Используя наземную аппаратуру, проводятся изучения следствий, вытекающих из взаимодействия тёмных частиц с электронами и ядрами атомов.
  2. Косвенный. Отыскиваются возможные потоки вторичных частиц, возникших в результате различных действий, например аннигиляции материи.

Всё усложняющиеся наблюдения учёных за нашим миром, позволяют сделать вывод, что большая часть его нам неведома. 95% всего наполнения Вселенной – интересная загадка, которую ещё предстоит решить.

Ещё по теме:

by HyperComments

Источник: http://light-science.ru/fizika/tyomnaya-materiya.html

Ссылка на основную публикацию