Skład wszechświata

Wszechświat to ogromne i fascynujące miejsce. Kiedy astronomowie rozważą, z czego jest wykonany, mogą wskazać najbardziej bezpośrednio na miliardy galaktyk, które zawiera. Każdy z nich ma miliony lub miliardy - a nawet biliony - gwiazd. Wiele z tych gwiazd ma planety. Są też chmury gazu i pyłu.

Pomiędzy galaktykami, gdzie wydaje się, że byłoby bardzo mało „rzeczy”, chmury gorących gazów istnieją w niektórych miejscach, podczas gdy inne regiony są prawie pustymi pustkami. Wszystko to jest materiał, który można wykryć. Jak więc trudno jest spojrzeć w kosmos i oszacować, z rozsądną dokładnością, ilość masy świetlnej (materiału, który widzimy) w wszechświat, za pomocą radio, podczerwień i prześwietlenie astronomia?

Wykrywanie kosmicznych „rzeczy”

Teraz, gdy astronomowie mają bardzo czułe detektory, robią ogromne postępy w określaniu masy wszechświata i jego składowej. Ale to nie jest problem. Odpowiedzi, które otrzymują, nie mają sensu. Czy ich metoda sumowania masy jest niewłaściwa (mało prawdopodobna) lub czy istnieje coś jeszcze; coś innego, czego nie mogą

instagram viewer
widzieć? Aby zrozumieć trudności, ważne jest, aby zrozumieć masę wszechświata i sposób jego pomiaru przez astronomów.

Pomiar masy kosmicznej

Jednym z największych dowodów masy wszechświata jest coś, co nazywa się kosmicznym tłem mikrofalowym (CMB). To nie jest fizyczna „bariera” ani nic w tym rodzaju. Zamiast tego jest to warunek wczesnego wszechświata, który można zmierzyć za pomocą detektorów mikrofalowych. CMB sięga krótko po Wielkim Wybuchu i jest w rzeczywistości temperaturą tła wszechświata. Pomyśl o tym jak o cieple, które jest wykrywalne w kosmosie jednakowo ze wszystkich kierunków. To nie jest dokładnie tak, jak ciepło wychodzące ze Słońca lub promieniujące z planety. Zamiast tego jest to bardzo niska temperatura mierzona przy 2,7 ​​stopnia K. Kiedy astronomowie mierzą tę temperaturę, widzą niewielkie, ale ważne fluktuacje rozprzestrzeniające się na tym „cieple” tła. Jednak fakt, że istnieje, oznacza, że ​​wszechświat jest zasadniczo „płaski”. Oznacza to, że będzie się rozwijał na zawsze.

Co więc oznacza ta płaskość w obliczaniu masy wszechświata? Zasadniczo, biorąc pod uwagę zmierzony rozmiar wszechświata, oznacza to, że musi być w nim wystarczająco dużo masy i energii, aby stał się „płaski”. Problem? Cóż, kiedy astronomowie sumują wszystkie „normalna” materia (takich jak gwiazdy i galaktyki oraz gaz we wszechświecie, to tylko około 5% gęstości krytycznej, której płaski wszechświat musi pozostać płaski.

Oznacza to, że 95 procent wszechświata nie zostało jeszcze wykryte. Jest tam, ale co to jest? Gdzie to jest? Naukowcy twierdzą, że istnieje jako Ciemna materia i ciemna energia.

Skład wszechświata

Widziana przez nas masa nazywana jest materią „barionową”. Są to planety, galaktyki, chmury gazowe i gromady. Masa, której nie można zobaczyć, nazywa się ciemną materią. Jest też energia (światło), które można zmierzyć; co ciekawe, istnieje również tak zwana „ciemna energia”. i nikt nie ma pojęcia, co to jest.

Co zatem składa się na wszechświat i w jakim procencie? Oto rozkład aktualnych proporcji masy we wszechświecie.

Ciężkie pierwiastki w kosmosie

Po pierwsze, są ciężkie pierwiastki. Stanowią one około ~ 0,03% wszechświata. Przez prawie pół miliarda lat po narodzinach wszechświata jedynymi pierwiastkami, które istniały, był wodór i hel. Nie są one ciężkie.

Jednak po tym, jak gwiazdy się urodziły, przeżyły i umarły, wszechświat zaczął się zasiewać pierwiastkami cięższymi niż wodór i hel, które zostały „ugotowane” wewnątrz gwiazd. Dzieje się tak, gdy gwiazdy łączą wodór (lub inne pierwiastki) w swoich rdzeniach. Stardeath rozprzestrzenia wszystkie te elementy w kosmos poprzez mgławice planetarne lub wybuchy supernowych. Po rozproszeniu ich w kosmos. są podstawowym materiałem do budowy następnych generacji gwiazd i planet.

Jest to jednak powolny proces. Nawet prawie 14 miliardów lat po jego stworzeniu, tylko niewielka część masy wszechświata składa się z pierwiastków cięższych niż hel.

Neutrina

Neutrina są również częścią wszechświata, chociaż tylko około 0,3%. Powstają podczas procesu syntezy jądrowej w rdzeniach gwiazd, neutrina są prawie bezmasowymi cząsteczkami, które poruszają się z prędkością bliską prędkości światła. W połączeniu z ich brakiem ładunku ich niewielkie masy oznaczają, że nie oddziałują one łatwo z masą, z wyjątkiem bezpośredniego wpływu na jądro. Mierzenie neutrin nie jest łatwym zadaniem. Pozwoliło to jednak naukowcom uzyskać dobre oszacowania szybkości syntezy jądrowej naszego Słońca i innych gwiazd, a także oszacowanie całkowitej populacji neutrin we wszechświecie.

Gwiazdy

Kiedy gwiezdni obserwatorzy spoglądają w nocne niebo, większość tego, co widzą, to gwiazdy. Stanowią około 0,4 procent wszechświata. Jednak kiedy ludzie patrzą na widzialne światło pochodzące nawet z innych galaktyk, większość tego, co widzą, to gwiazdy. Wydaje się dziwne, że stanowią tylko niewielką część wszechświata.

Gazy

A więc co więcej, obfite niż gwiazdy i neutrina? Okazuje się, że w czterech procentach gazy stanowią znacznie większą część kosmosu. Zwykle zajmują przestrzeń pomiędzy gwiazdy, a co za tym idzie, przestrzeń między całymi galaktykami. Gaz międzygwiezdny, który jest głównie wolnym wodorem i helem elementarnym, stanowi większość masy we wszechświecie, którą można bezpośrednio zmierzyć. Gazy te są wykrywane za pomocą instrumentów czułych na fale radiowe, podczerwone i rentgenowskie.

Ciemna materia

Drugą pod względem liczebności „materią” wszechświata jest coś, czego nikt nie widział inaczej. Jednak stanowi około 22 procent wszechświata. Naukowcy analizujący ruch (obrót) galaktyk, a także oddziaływanie galaktyk w gromadach galaktyk, stwierdzono, że cały obecny gaz i pył nie wystarcza do wyjaśnienia wyglądu i ruchów galaktyk. Okazuje się, że 80 procent masy w tych galaktykach musi być „ciemnych”. Oznacza to, że nie można go wykryć każdy długość fali światła, przez radio promieniowanie gamma. Właśnie dlatego te „rzeczy” nazywane są „ciemną materią”.

Tożsamość tej tajemniczej masy? Nieznany. Najlepszym kandydatem jest zimna ciemna materia, który teoretycznie jest cząstką podobną do neutrina, ale o znacznie większej masie. Uważa się, że cząstki te, często znane jako słabo oddziałujące masywne cząstki (WIMP) powstały wcześnie z interakcji termicznych galaktyka formacje. Jednak do tej pory nie byliśmy w stanie wykryć ciemnej materii, bezpośrednio lub pośrednio, ani stworzyć jej w laboratorium.

Ciemna energia

Najliczniejszą masą wszechświata nie jest ciemna materia, gwiazdy, galaktyki lub chmury gazu i pyłu. Jest to coś, co nazywa się „ciemną energią” i stanowi 73 procent wszechświata. W rzeczywistości ciemna energia wcale nie jest (prawdopodobnie) ogromna. Co sprawia, że ​​kategoryzacja „masy” jest nieco myląca. Więc co to jest? Być może jest to bardzo dziwna właściwość samej czasoprzestrzeni, a może nawet jakieś niewyjaśnione (jak dotąd) pole energetyczne, które przenika cały wszechświat. Lub to żadna z tych rzeczy. Nikt nie wie. Tylko czas, dużo i dużo więcej danych pokaże.

Edytowane i zaktualizowane przez Carolyn Collins Petersen.