Visatos sudėtis

Visata yra didžiulė ir žavi vieta. Kai astronomai apsvarsto, iš ko jis pagamintas, jie gali tiesiogiai nukreipti dėmesį į milijardus galaktikų, kuriuose yra. Kiekvienoje iš jų yra milijonai ar milijardai ar net trilijonai žvaigždžių. Daugelis tų žvaigždžių turi planetas. Taip pat yra dujų ir dulkių debesų.

Tarp galaktikų, kur, atrodo, bus labai mažai „daiktų“, kai kuriose vietose yra karštų dujų debesys, o kituose regionuose beveik tuščios tuštumos. Visa tai yra medžiaga, kurią galima aptikti. Taigi, kaip sunku gali būti žvelgiant į kosmosą ir pakankamai tiksliai įvertinus šviesos masės (medžiagos, kurią galime pamatyti) kiekį visata, naudojant radijas, infraraudonųjų spindulių ir rentgeno astronomija?

Dabar, kai astronomai turi labai jautrius detektorius, jie daro didelę pažangą nustatydami Visatos masę ir tai, kas sudaro tą masę. Bet tai ne problema. Atsakymai, kuriuos jie gauna, nėra prasmingi. Ar jų metodas sudėti masę yra neteisingas (mažai tikėtina), ar ten yra kažkas kita; kažkas, ko jie negali

Vienas didžiausių visatos masės įrodymų yra tai, kas vadinama kosminiu mikrobangų fonu (CMB). Tai nėra fizinis „barjeras“ ar kažkas panašaus. Vietoj to, ankstyvosios visatos būklę galima išmatuoti naudojant mikrobangų detektorius. CMB atsirado neilgai trukus po Didžiojo sprogimo ir iš tikrųjų yra foninė Visatos temperatūra. Galvok apie šilumą, kurią galima aptikti visame kosmose vienodai iš visų pusių. Ne visai taip, kaip šiluma, sklindanti nuo saulės ar sklindanti iš planetos. Vietoj to, tai labai žema temperatūra, matuojama 2,7 laipsnių K. Kai astronomai eina matuoti šios temperatūros, jie mato mažus, bet svarbius svyravimus, pasklidusius visame šio fono „karštyje“. Tačiau tai, kad ji egzistuoja, reiškia, kad Visata iš esmės yra „plokščia“. Tai reiškia, kad ji plečiasi amžinai.

Taigi, ką tas lygumas reiškia apskaičiuojant Visatos masę? Iš esmės, atsižvelgiant į išmatuotą visatos dydį, tai reiškia, kad joje turi būti pakankamai masės ir energijos, kad ji taptų „plokščia“. Na, kai astronomai sudės visus „normali“ materija (tokios kaip žvaigždės ir galaktikos, taip pat dujos Visatoje, tai yra tik apie 5% kritinio tankio, kurio reikia, kad plokščia Visata liktų plokščia.

Tai reiškia, kad 95 procentai visatos dar nebuvo aptikti. Tai yra, bet kas tai yra? Kur tai yra? Mokslininkai teigia, kad ji egzistuoja kaip Juodoji medžiaga ir tamsi energija.

Mišios, kurias galime pamatyti, vadinamos „baryonine“ materija. Tai yra planetos, galaktikos, dujų debesys ir sankaupos. Masė, kurios nematyti, vadinama tamsiąja materija. Taip pat yra energijos (lengvas) kuriuos galima išmatuoti; Įdomu tai, kad taip pat yra vadinamoji „tamsi energija“. ir niekas neturi labai geros idėjos, kas tai yra.

Taigi, kas sudaro visatą ir kokiais procentais? Čia yra dabartinių masės proporcijų paskirstymas visatoje.

Pirma, yra sunkieji elementai. Jie sudaro apie 0,03% visos visatos. Beveik pusę milijardo metų po Visatos gimimo vieninteliai egzistavę elementai buvo vandenilis ir helis. Jie nėra sunkūs.

Tačiau gimus, gyvenant ir mirus žvaigždėms, visata pradėjo sėti su sunkesniais už vandenilį ir helį elementais, kurie buvo „paruošti“ žvaigždžių viduje. Taip atsitinka, kai žvaigždės sulieja vandenilį (ar kitus elementus) savo branduoliuose. „Stardeath“ visus tuos elementus paskleidžia erdvėje per planetinius ūkus ar supernovų sprogimus. Kai jie bus išsibarstę į kosmosą. jie yra svarbiausia medžiaga kuriant kitas žvaigždžių ir planetų kartas.

Tačiau tai lėtas procesas. Net beveik 14 milijardų metų nuo jos sukūrimo vienintelę nedidelę Visatos masės dalį sudaro sunkesni už helį elementai.

Neutrinai taip pat yra visatos dalis, nors tik apie 0,3 proc. Jie sukuriami branduolių sintezės proceso metu žvaigždžių šerdyse, neutrinai yra beveik be masės dalelės, kurios juda beveik šviesos greičiu. Kartu su krūvio trūkumu mažos jų masės reiškia, kad jos lengvai nesąveikauja su mase, išskyrus tiesioginį poveikį branduoliui. Išmatuoti neutrinus nėra lengva užduotis. Tačiau tai leido mokslininkams gerai įvertinti mūsų Saulės ir kitų žvaigždžių branduolių sintezės greitį ir įvertinti bendrą neutrinų populiaciją Visatoje.

Žvaigždėmis žvelgiant į naktinį dangų didžioji dalis to, ką mato, yra žvaigždės. Jie sudaro apie 0,4 procento visatos. Tačiau kai žmonės žvelgia į matomą šviesą, sklindančią net iš kitų galaktikų, didžioji dalis to, ką jie mato, yra žvaigždės. Atrodo keista, kad jie sudaro tik mažą dalį visatos.

Taigi, kas gausu nei žvaigždės ir neutrinai? Pasirodo, kad keturiais procentais dujos sudaro daug didesnę kosmoso dalį. Paprastai jie užima erdvę tarp žvaigždės, ir tuo tarpu tarpai tarp ištisų galaktikų. Tarpžvaigždinės dujos, kurios dažniausiai yra tik laisvasis elementarus vandenilis ir helis, sudaro didžiąją dalį Visatos masės, kurią galima tiesiogiai išmatuoti. Šios dujos aptinkamos naudojant prietaisus, jautrius radijo, infraraudoniesiems spinduliams ir rentgeno bangų ilgiui.

Juodoji medžiaga

Antras gausiausias visatos „daiktas“ yra tai, ko dar niekas nematė. Vis dėlto tai sudaro apie 22 procentus visatos. Mokslininkai, analizuojantys judesį (sukimasis), taip pat galaktikų sąveika galaktikų klasteriuose nustatė, kad visų esamų dujų ir dulkių nepakanka paaiškinti galaktikų išvaizdą ir judesius. Pasirodo, kad 80 procentų šių galaktikų masės turi būti „tamsi“. Tai yra, jo negalima aptikti bet kokia šviesos bangos ilgis, per radiją gama spindulys. Štai kodėl šis „daiktas“ vadinamas „tamsiąja materija“.

Šios paslaptingos mišių tapatybė? Nežinoma. Geriausias kandidatas yra šalta tamsi materija, kurios teorija yra dalelė, panaši į neutriną, tačiau turinti daug didesnę masę. Manoma, kad šios dalelės, dažnai žinomos kaip silpnai sąveikaujančios masyvios dalelės (WIMP) atsirado dėl šiluminės sąveikos ankstyvoje pradžioje galaktika formacijos. Tačiau kol kas mums nepavyko nei tiesiogiai, nei netiesiogiai aptikti tamsiosios medžiagos ar sukurti jos laboratorijoje.

Gausiausia visatos masė nėra tamsiosios medžiagos ar žvaigždės ar galaktikos ar dujų ir dulkių debesys. Tai vadinama „tamsiąja energija“ ir sudaro 73 procentus visatos. Tiesą sakant, tamsi energija (tikėtina) net nėra didžiulė. Dėl ko jos „masės“ kategorija šiek tiek klaidina. Taigi, kas tai yra? Galbūt tai labai keista pačios erdvės-laiko savybė, o gal net koks nors nepaaiškinamas (iki šiol) energetinis laukas, persmelkiantis visą visatą. Arba tai nė vienas iš šių dalykų. Niekas nežino. Parodys tik laikas, daug ir daug daugiau duomenų.

Redagavo ir atnaujino Carolyn Collins Petersen.