Visuma sastāvs

Visums ir plaša un aizraujoša vieta. Kad astronomi apsver, no kā tas izgatavots, viņi vistiešāk var norādīt uz miljardiem galaktiku, kas tajā atrodas. Katrā no tām ir miljoniem vai miljardiem vai pat triljoniem zvaigznīšu. Daudzām no šīm zvaigznēm ir planētas. Ir arī gāzes un putekļu mākoņi.

Starp galaktikām, kur, šķiet, ir ļoti maz "lietu", dažās vietās ir karstu gāzu mākoņi, bet citos reģionos gandrīz nav tukšumu. Tas viss ir materiāls, ko var atklāt. Tātad, cik grūti var būt ieskatīšanās kosmosā un ar saprātīgu precizitāti aprēķināt gaismas masas (materiāla, kuru mēs varam redzēt) daudzumu Visums, izmantojot radio, infrasarkanais un rentgens astronomija?

Tagad, kad astronomiem ir ļoti jutīgi detektori, viņi gūst lielus panākumus, nosakot Visuma masu un to, kas veido šo masu. Bet tā nav problēma. Viņu atbildēm nav jēgas. Vai viņu metode masas saskaitīšanai ir nepareiza (maz ticama) vai arī tur ir kaut kas cits; kaut kas cits, ko viņi nevar redzēt? Lai saprastu grūtības, ir svarīgi saprast Visuma masu un to, kā astronomi to mēra.

Viens no lielākajiem Visuma masas pierādījumiem ir kaut kas, ko sauc par kosmisko mikroviļņu fonu (CMB). Tā nav fiziska "barjera" vai kaut kas tamlīdzīgs. Tā vietā tas ir agrīnā Visuma stāvoklis, ko var izmērīt, izmantojot mikroviļņu detektorus. CMB aizsākās īsi pēc Lielā sprādziena un faktiski ir Visuma fona temperatūra. Padomājiet par to kā siltumu, kas ir nosakāms visā kosmosā vienādi no visiem virzieniem. Tas nav gluži kā siltums, kas nāk no Saules vai izstaro no planētas. Tā vietā tā ir ļoti zema temperatūra, ko mēra 2,7 grādos K. Kad astronomi dodas izmērīt šo temperatūru, viņi redz nelielas, bet svarīgas svārstības, kas izplatās visā šī fona "siltumā". Tomēr fakts, ka tas pastāv, nozīmē, ka Visums būtībā ir "plakans". Tas nozīmē, ka tas paplašināsies uz visiem laikiem.

Ko tas plakanums nozīmē Visuma masas noteikšanai? Būtībā, ņemot vērā izmērīto Visuma izmēru, tas nozīmē, ka tajā jābūt pietiekamam daudzumam enerģijas un enerģijas, lai tas būtu “plakans” .Problēma? Ja astronomi saskaita visu "normāla" lieta (piemēram, zvaigznes un galaktikas, kā arī gāze Visumā, kas ir tikai aptuveni 5% no kritiskā blīvuma, kas plakanam Visumam ir jāpaliek plakanam.

Tas nozīmē, ka 95 procenti Visuma vēl nav atklāti. Tas ir tur, bet kas tas ir? Kur tas ir? Zinātnieki apgalvo, ka tā pastāv kā tumšā matērija un tumšā enerģija.

Masu, ko mēs varam redzēt, sauc par "baryonic" matēriju. Tās ir planētas, galaktikas, gāzes mākoņi un kopas. Masu, ko nevar redzēt, sauc par tumšo matēriju. Ir arī enerģija (viegls) ko var izmērīt; interesanti, ka tur ir arī tā saucamā "tumšā enerģija". un nevienam nav ļoti laba ideja par to, kas tas ir.

Tātad, kas veido Visumu un kādos procentos? Šeit ir sadalījums pašreizējās masas proporcijās Visumā.

Pirmkārt, ir smagie elementi. Tie veido apmēram 0,03% no Visuma. Gandrīz pusmiljarda laikā pēc Visuma dzimšanas vienīgie pastāvošie elementi bija ūdeņradis un hēlijs. Tie nav smagi.

Tomēr pēc tam, kad zvaigznes bija dzimušas, dzīvojušas un mirušas, Visums sāka sēt ar elementiem, kas bija smagāki par ūdeņradi un hēliju un kuri bija “sagriezti” zvaigžņu iekšienē. Tas notiek, kad zvaigznes kodolā sakausē ūdeņradi (vai citus elementus). Stardeath visus šos elementus izplata kosmosā caur planētu miglājiem vai supernovas sprādzieniem. Tiklīdz viņi ir izkliedēti kosmosā. tie ir galvenais materiāls nākamo paaudžu zvaigžņu un planētu celtniecībai.

Tomēr tas ir lēns process. Pat gandrīz 14 miljardus gadu pēc tā radīšanas vienīgo nelielu daļu no Visuma masas veido elementi, kas ir smagāki par hēliju.

Neitrīni ir arī Visuma daļa, kaut arī tikai aptuveni 0,3 procenti no tā. Tie tiek veidoti kodolsintēzes procesa laikā zvaigžņu kodolos, neitrīni ir gandrīz bezsvara daļiņas, kas pārvietojas gandrīz ar gaismas ātrumu. Kopā ar uzlādes trūkumu to niecīgās masas nozīmē, ka tās viegli ne mijiedarbojas ar masu, izņemot tiešu ietekmi uz kodolu. Neitrīno līmeņa mērīšana nav viegls uzdevums. Bet tas ļāva zinātniekiem iegūt labus mūsu Saules un citu zvaigžņu kodolsintēzes ātrumu, kā arī kopējo neitrīno populācijas novērtējumu Visumā.

Kad stargazers iziet nakts debesīs, lielākā daļa no tā, ko redz, ir zvaigznes. Tie veido apmēram 0,4 procentus no Visuma. Tomēr, kad cilvēki skatās uz redzamo gaismu, kas nāk pat no citām galaktikām, lielākā daļa no tā, ko viņi redz, ir zvaigznes. Šķiet dīvaini, ka tie veido tikai nelielu Visuma daļu.

Tātad, kas ir vairāk un vairāk nekā zvaigznes un neitrīno? Izrādās, ka četros procentos gāzes daudz lielāku daļu veido kosmoss. Viņi parasti aizņem vietu starp zvaigznes un, starp citu, atstarpe starp veselām galaktikām. Starpzvaigžņu gāze, kas lielākoties ir tikai brīvs elementārais ūdeņradis un hēlijs, veido lielāko daļu no masas Visumā, kuru var tieši izmērīt. Šīs gāzes tiek noteiktas, izmantojot instrumentus, kas ir jutīgi pret radio, infrasarkano un rentgena viļņu garumu.

Tumšā matērija

Otrais visbagātākais Visuma “sīkums” ir kaut kas tāds, ko neviens vēl nav redzējis. Tomēr tas veido apmēram 22 procentus no Visuma. Zinātnieki, analizējot kustību (rotācija), kā arī galaktiku mijiedarbība galaktiku kopās atklāja, ka ar visām klātesošajām gāzēm un putekļiem nepietiek, lai izskaidrotu galaktiku izskatu un kustības. Izrādās, ka 80 procentiem masas šajās galaktikās jābūt "tumšai". Tas ir, tas nav nosakāms iekšā jebkura gaismas viļņa garums, caur radio gamma-ray. Tāpēc šo "lietu" sauc par "tumšo vielu".

Šīs noslēpumainās masas identitāte? Nezināms. Labākais kandidāts ir aukstā tumšā viela, kura teorētiski ir daļiņa, kas līdzīga neitrīnam, bet ar daudz lielāku masu. Tiek uzskatīts, ka šīs daļiņas, kuras bieži sauc par vāji mijiedarbojas masīvas daļiņas (WIMP) termiskās mijiedarbības rezultātā radās agri galaktika veidojumi. Tomēr pagaidām mēs neesam spējuši tieši vai netieši atklāt tumšo vielu vai izveidot to laboratorijā.

Visbagātākā Visuma masa nav tumšā matērija vai zvaigznes vai galaktikas, vai gāzes un putekļu mākoņi. Tas ir kaut kas, ko sauc par "tumšo enerģiju", un tas veido 73 procentus no Visuma. Patiesībā tumšā enerģija nemaz nav (iespējams) pat masīva. Kas tās “masas” kategorizēšanu padara nedaudz mulsinošu. Tātad, kas tas ir? Iespējams, ka tas ir ļoti dīvains paša telpas-laika īpašums vai varbūt pat kāds neizskaidrojams (līdz šim) enerģijas lauks, kas caurstrāvo visu Visumu. Vai arī tā nav neviena no šīm lietām. Neviens nezin. Parādīs tikai laiks, daudz un daudz vairāk datu.

Rediģējis un atjauninājis Karolīna Kolinsa Petersena.