g u t x .com.tr İpek yolu - Çin'i anlamaya götürürüm

Karanlık madde bir tür parçacık mı?

[Boke Garden-Science Popularization (Daha fazlasını görmek için "Boke Garden" ı takip edin)] İnsanların maddeden radyasyona kadar evrende keşfettiği her şey, en küçük bileşenlere ayrılabilir. Bu dünyadaki her şey atomlardan oluşur, bu atomlar çekirdek ve elektronlardan oluşur, çekirdeğin kendisi de kuark ve gluonlardan oluşur. Işığın kendisi parçacık-fotonlardan oluşur. Yerçekimi dalgaları bile teorik olarak gravitonlardan oluşur (insanlar bir gün bu tür parçacıkları tespit etmek için makineler veya yöntemler yaratabilir). Peki ya karanlık madde? Karanlık maddenin varlığının dolaylı kanıtı çok büyük ve ezici, ama aynı zamanda bir parçacık mı olmalı?

Efsane: Samanyolu'ndaki karanlık maddenin çoğu bizi yutan devasa haloda bulunsa da, her karanlık madde parçacığı yerçekimi etkisi altında eliptik bir yörünge oluşturur. Karanlık madde kendi antiparçacığıysa, onu nasıl kullanacağımızı bilirsek, nihai serbest enerji kaynağı olabilir. Telif hakkı: ESO / L. Calçada

Karanlık enerji, mekanın yapısının doğasında var olan enerji olarak yorumlanabiliyorsa, o zaman "karanlık madde", ister karanlık enerjiye sıkı veya gevşek bir şekilde bağlı olsun, uzayın kendisinin içsel bir işlevi olarak düşünebilir mi? Başka bir deyişle, karanlık madde partikül madde değildir, yerçekimi etkileriyle (tek tip veya tek tip olmayan (homojen veya heterojen)) tüm boşluklara girebilir mi? Bilim adamlarının gözlemlerini açıklamak için - daha çok "karanlık kütle" mi? Kanıtlara bir göz atalım ve olasılıklarının neler olduğunu görelim:

Efsane: Evrenin genişlemesi (veya daralması), evrenin içerdiği kütlenin kaçınılmaz sonucudur. Ancak genişleme oranı ve zaman içindeki değişim miktarı, evrende ne olduğuna bağlıdır. Telif hakkı: NASA / WMAP bilim ekibi

Evrenin en dikkat çekici özelliklerinden biri, evren ile zaman içindeki genişleme hızı arasındaki karşılıklı ilişkidir. Pek çok farklı kaynağın (yıldızlar, galaksiler, süpernovalar, kozmik mikrodalga arka plan ve evrenin geniş ölçekli yapısı dahil) doğru ölçümleriyle, evrenin neden yapıldığını belirlemek için ikisini ölçebiliriz. Teoride, evrenin çeşitli şeylerden oluşabileceği ve evrenin genişlemesi üzerindeki etkilerinin farklı olduğu düşünülebilir.

Efsane: Evrenin enerji yoğunluğunun çeşitli bileşenleri ve bunlara hakim olabilecek faktörler. Kozmik sicimler veya etki alanı duvarları kayda değer miktarda varsa, bunlar evrenin genişlemesine önemli bir katkı sağlayacaktır. Telif hakkı: E. Siegel / Galaksinin Ötesinde

Evrenin tüm verileri. Artık evrenin birkaç veçheden oluştuğunu biliyoruz:

1.% 68 karanlık enerji ile, alanın kendisi genişlediğinde bile sabit bir enerji yoğunluğunu koruyabilir
2.% 27 karanlık madde, hacim arttıkça "seyrelen" ve bilinen diğer kuvvetlerle etkileşmeyen yerçekimi oluşturur
3. Normal maddenin% 4,9'u (yani vücudumuzu oluşturan sıradan madde, güneş, galaksiler vb.), Hacim arttıkça "seyreltilen" ve kuvvet etkisi altında bir araya toplanabilen tüm kuvvetleri oluşturacaktır. Parçacıklardan oluşur
4. Nötrinoların% 0,1'i parçacıklardan oluşur.Kütleçekimsel ve zayıf kuvvetleri parçacıklardan oluşur.Yalnızca radyasyon yerine madde gibi davranacak kadar yavaşladıklarında bir araya gelirler.
5.% 0.01 foton vardır, radyasyonun rolünü oynamak için yerçekimi ve elektromanyetik kuvvet uygularlar ve hacim arttıkça ve dalga boyu uzadıkça "ince" hale gelirler.

Zamanla, bu farklı bileşenler görece az ya da çok önemli hale geldi ve bu yüzdeler bugün evreni temsil ediyor.

Açıklama: Açık bir genişleme oranı (y ekseni) ve mesafe (x ekseni) grafiği, geçmişte daha hızlı genişleyen, ancak yine de genişleyen evrenle tutarlıdır. Bu modern bir versiyon, Hubble'ın orijinalinden binlerce kat daha fazla. Farklı eğriler, farklı bileşenlerden oluşan evreni temsil eder. Telif hakkı: Ned Wright, Betoule ve diğerlerinin (2014) en son verilerine dayanmaktadır.

Şimdiye kadarki en iyi ölçüm sonuçlarına göre karanlık enerji, uzaydaki her konumda, gökyüzünün tüm yönlerinde ve evren tarihindeki tüm anlarda aynı değer ve özelliklere sahiptir. Diğer bir deyişle, karanlık enerji aynı anda tek tip ve izotropik görünür: her zaman aynıdır. Bildiğimiz gibi, karanlık enerjinin parçacıklara ihtiyacı yoktur; kolayca uzay yapısının kendisinin içsel bir özelliği haline gelebilir.

Ama karanlık madde tamamen farklı

Açıklama: Gökadaların en büyük ölçekte (mavi ve mor) bir arada kümelenme şekli, karanlık madde içermediği sürece simülasyon (kırmızı) ile eşleştirilemez. Telif hakkı: Gerard Lemson ve Başak Konsorsiyumu, SDSS, 2dFGRS ve Millennium Simulation verileriyle

Evrende gördüğümüz yapıyı, özellikle büyük bir kozmik ölçekte oluşturmak için, karanlık maddenin sadece var olması değil, aynı zamanda bir araya toplanması da gerekiyor. Uzaydaki her konumda aynı yoğunluğa sahip olamaz, bunun yerine çok yoğun, ortalama yoğunluktan daha düşük olması gereken, hatta düşük yoğunluklu bir alanda hiç bulunmayan bir alanda yoğunlaşmalıdır. Farklı uzaysal bölgelerdeki toplam madde miktarı, birkaç farklı gözlem sonucundan değerlendirilebilir. İşte en önemli üç şey:

Açıklama: Büyük ölçekli kümeleme verileri (noktalar) ve evrenin tahmini,% 85 karanlık madde ve% 15 normal madde (düz çizgi) çok iyi eşleşiyor. Kesinti olmaması, karanlık maddenin sıcaklığını (ve soğuğunu) gösterir; salınımın boyutu, normal maddenin karanlık maddeye oranını gösterir. Telif hakkı: L. Anderson ve diğerleri (2012), Sloan Digital Sky Survey için

Top1, maddenin enerji spektrumu:

Efsane: Kütleçekimsel mercekleme ile yeniden inşa edilen gökada kümesi Abell 370'in kütle dağılımı, burada gözlemlediğimiz sonuçları üretmek için karanlık madde ve iki birleştirilmiş küme ile tutarlı olan iki büyük dağınık halo gösteriyor. Genel olarak, her galaksiyi çevreleyen ve içinden geçen, galaksi kümelerinin ve büyük miktarlarda normal maddenin varlığı, karanlık maddeden 5 kat daha fazladır. Telif hakkı: NASA, ESA, D. Harvey (École Polytechnique Fédérale de Lausanne, İsviçre), R. Massey (Durham Üniversitesi, İngiltere), Hubble SM4 ERO Ekibi ve ST-ECF

Evrendeki maddeyi tasvir edin ve birbirine bağlı galaksilerin ölçeklerine bakın - başladığınız galaksiden başka bir galaksinin olasılığını bulun ve ardından haritayı çıkarın. Homojen maddeden yapılmış bir evren varsa görülen yapı silinecektir. Evrende ilk günlerde oluşmayan karanlık madde varsa, o zaman küçük ölçekli yapı yıkılacaktır. Bu madde enerji spektrumu bize, evrendeki maddenin yaklaşık% 85'inin, proton, nötron ve elektronlardan tamamen farklı olan karanlık madde olduğunu söyler.Bu karanlık madde, sıcaklık olarak soğuktur veya dinlenme kütlesi ile karşılaştırıldığında kinetik enerjisi çok yüksektir. küçük.

Top2, yerçekimi merceği:

Açıklama: SPK zirvesinin yapısı, evrende ne olduğuna bağlıdır. Görsel telif hakkı: W. Hu ve S. Dodelson, Ann.Rev.Astron.Astrophys.40: 171-216,2002

Kuasar, galaksi veya galaksi kümesi gibi büyük bir nesneyi gözlemleyin ve arka plan ışığının varlığıyla nasıl bozulduğunu gözlemleyin. Einstein'ın çekim yasasını genel görelilikte anladığımız için, ışığın bükülme şekli her bir nesnede ne kadar kütle olduğunu ortaya çıkarabilir. Normal maddenin kütlesini belirlemek için çok sayıda başka yöntem kullanılabilir: yıldızlar, gaz, toz, kara delikler, plazma vb. Yine, maddenin ortalama% 85'inin karanlık madde olduğunu ve sıradan maddeden daha dağınık bir bulutta dağıldığını bulduk, hem zayıf hem de güçlü mercekler bunu doğrular.

İlk 3, kozmik mikrodalga arka planı:

Efsane: Evren üzerine yapılan detaylı bir çalışma, evrenin antimaddeden çok maddeden oluştuğunu ortaya çıkarır.Karanlık madde ve karanlık enerji gereklidir.Bunların gizemli kökenlerini bilmiyoruz. Bununla birlikte, SPK'nın dalgalanması, büyük ölçekli yapıların oluşumu ve korelasyonu ve modern gözlemin yerçekimi merceği, hepsi aynı sahneyi işaret ediyor. Görsel telif hakkı: Chris Blake ve Sam Moorfield

Büyük Patlama'nın bıraktığı ışıma sonrası radyasyona bakarsanız, kabaca tekdüze olduğunu göreceksiniz: her yönde 2,725 K. Bununla birlikte, ayrıntılara yakından bakarsanız, onlarca ila yüzlerce K ölçeğinde çeşitli açı ölçeklerinde küçük kusurlar olduğunu göreceksiniz. Bu dalgalanmalar bize normal madde / karanlık madde / karanlık enerji yoğunluğu da dahil olmak üzere bazı önemli şeyler anlatıyor, ancak bize anlattıkları en büyük şey, evren şu anki yaşının sadece% 0,003'ü olduğunda evrenin ne kadar tekdüze olduğudur. Cevap en yoğun alandır. En küçük özgül yoğunluğa sahip alanın yoğunluğu sadece yaklaşık% 0,01'dir. Başka bir deyişle, karanlık madde baştan beri birleşti ve zamanla bir araya geldi!

Özetle şu sonuçlara varabiliriz: Karanlık madde, evrene nüfuz eden bir sıvı (sıvı vb.) Gibi davranmalıdır. Bu sıvının basıncı ve viskozitesi çok düşüktür.Radyasyon basıncına tepki verir.Fotonlarla veya normal madde ile çarpışmaz.Soğuktur ve relativistik değildir.Zamanla bir araya gelir. Evrendeki en büyük ölçekli yapının oluşumunu teşvik eder. Oldukça homojen değildir (çok düzensizdir) ve bu homojenliklerin büyüklüğü zamanla artacaktır.

Açıklama: YouTube video ekran görüntüsünden karanlık madde akış simülasyon diyagramı

Bu, evrenin büyük bir ölçeğinde belirlenebilir ve gözlemle ilgilidir; küçük ölçekte şüpheleniyoruz, ancak bunun karanlık maddenin özelliklere sahip parçacıklardan oluştuğundan emin değiliz ve bu parçacıklar evrenin büyük ölçeğinde davranacak. Bu tür davranış. Bunun, evrenin bilgimizdeki parçacıklardan oluşmasından kaynaklandığına inanılıyor. Maddeyse, kütlesi varsa, kuantum karşılığı vardır, bu da onun bir dereceye kadar bölünemez bir parçacık olduğu anlamına gelir. Ancak bu parçacığı doğrudan tespit etmeden önce, başka bir olasılığı göz ardı etmenin bir yolu yok: bu parçacık olmayan bir jet alanıdır, ancak zaman ve uzay üzerindeki etkisi bir parçacık grubu ile aynıdır.

Efsane: WIMP karanlık madde kısıtlamaları deneysel olarak çok katıdır. En düşük eğri, WIMP (zayıf etkileşimli büyük parçacıklar) kesitini ve üzerinde bulunan herhangi bir nesnenin karanlık madde kütlesini hariç tutar. Telif hakkı: Xenon-100 İşbirliği (2012), aracılığıyla

Doğrudan tespitin bu kadar önemli olmasının nedeni budur! Bir teorisyenin büyük ölçekli yapıların oluşumu üzerine bir doktora tezi yazdığı gibi, insanların yapabileceklerinin, özellikle büyük ölçekte gözlemlenebilirliği tahmin etmede çok güçlü olduğunun farkındayım. Ancak teorik olarak, karanlık maddenin bir parçacık olup olmadığı belirlenemez. Tek yol, doğrudan tespit etmektir; yoksa, güçlü dolaylı kanıtlar olabilir, ancak bu gerçek olmayacaktır. Karanlık enerjiyle hiçbir ilgisi yok gibi görünüyor, çünkü karanlık enerji uzayda gerçekten tutarlı ve büyük ölçekli tahminler bize yerçekimi etkisi altında diğer kuvvetlerle nasıl etkileşime girdiğini söylüyor.

Efsane: Bu KIPAC / Stanford simülasyonunda, karanlık madde galaksilerin kümelenmesini ve büyük ölçekli yapıların oluşumunu yönlendiriyor. Telif hakkı: O. Hahn ve T. Abel (simülasyon); Ralf Kaehler (görselleştirme)

Ama karanlık madde bir tür parçacık mı? Yanıtı ancak onu tespit etmeden önce varsayabiliriz. Maddenin diğer biçimleri söz konusu olduğunda, evren zaten kuantum özelliklerini sergilemiştir, bu nedenle karanlık maddeyi varsaymak mantıklıdır. Ancak unutmayın, bu akıl yürütmenin sınırlamaları vardır. Sonuçta, artık geçerli olmayana kadar her şey aynı kurallara uyar! Bilinmeyen alemimizde karanlık madde vardır. Bu evrendeki büyük bilinmezlikler karşısında alçakgönüllü kalmak önemlidir!

Bilgi: Sınırsız Bilim, Boko Park-Bilim Yaygınlaştırma
Yazar: Ethan Siegel (astrofizikçi)
İçerik: "Boke Garden" tarafından mevcut ana akım bilimi karşılamak için belirlendi
Gönderen: Forbes Science
Derleme: Genç Usta Shi Wushuang
İnceleme: Brocade Garden
Cevap: Bu makalenin bilgisi ile ilgili sorularınız için yorum alanına mesaj bırakabilirsiniz.
Yayılmış: Brocade Bahçesi