Hvor Er Resten Af ​​Universet?

{h1}

Det meste af universet består af "ting", der er usynligt, muligvis immaterielt og kun interagerer med andre ting via tyngdekraften. Og fysikere ved ikke, hvad ting er, eller hvorfor det udgør så meget af universet. De kalder det mørkt materie.

Det meste af universet består af "ting", der er usynligt, muligvis immaterielt og kun interagerer med andre ting via tyngdekraften. Åh ja, og fysikere ved ikke, hvad ting er, eller hvorfor det udgør så meget af universet - nogle fire femtedele af dets masse.

De kalder det mørkt materie.

Så hvor er disse mystiske ting, der udgør en så stor del af vores univers, hvornår vil forskere finde det?

For det første, hvordan ved vi, at det er endda derude?

Mørk stof blev først hypotetiseret i 1930'erne, da den schweiziske astronom Fritz Zwicky indså, at hans målinger af masserne af galakse-klynger viste, at noget af massen i universet var "savnet". Uanset hvad der gjorde galakser tungere, gav det ikke noget lys ud, og det interagerede heller ikke med noget andet bortset fra tyngdekraften.

Vera Rubin fandt i 1970'erne, at galaksernes rotation ikke fulgte forudsigelserne af Newtons bevægelseslove; stjernerne i galakserne (især Andromeda) syntes alle at være omkredsende centret i samme hastighed, snarere end de længere ude bevægede langsommere som tyngdeorierne sagde, at de skulle. Det var helt klart noget, der tilføjede masse til de yderste dele af galakserne, noget ingen kunne se. [Har universet en kant?]

Andre beviser kom fra gravitationslinsering, hvilket sker, når tyngdekraften af ​​en stor genstand bøjer lysbølgerne omkring objektet. Per Albert Einsteins teori om generel relativitet, tyngdekraften bøjer plads (som en sumo wrestler kan deformere den mat, han står på), så lysstråler bøjer omkring massive objekter, selvom lyset selv er masseløst. Observationer viste, at der ikke var tilstrækkelig synlig masse til at bøje lyset så meget som det bøjede sig omkring visse galakse-klynger - med andre ord var galakserne mere massive end de burde være.

Derefter er der den kosmiske mikrobølge baggrund (CMB), "ekko" af Big Bang og supernovaer. "Hvad CMB fortæller dig er, at universet er rumligt fladt," sagde Jason Kumar, en professor i fysik ved University of Hawaii. "Rumligt flad" betyder, at hvis du skulle tegne to linjer over hele universet, ville de aldrig mødes, selvom disse linjer var en milliard lysår på tværs. I et stejlt buet univers ville disse linjer møde på et tidspunkt i rummet.

Forskere beregnede derefter, hvor meget materien universet skal have for at være fladt og producere mængden af ​​normalt stof (også kaldet baryoner) observeret i universet.

"Jeg spørger mig selv," Er mængden af ​​materie, jeg er lig med baryonisk stof, og det er det ikke, "sagde Kumar.

Der er nu en lille tvist blandt kosmologer og astronomer, at der er mørkt materiale. Men det virker upåvirket af lys, og det er ikke ladet som elektroner eller protoner er. Hidtil har den fjernet direkte detektion.

"Det er slags mysteriet," sagde Kumar. Der er måske måder forskere har forsøgt at "se" mørkt stof på - enten via dets interaktioner med det normale stof eller på udkig efter partikler, som det mørke stof kan blive. "Disse eksperimenter bliver ved med at blive bedre og synes ikke at have nogen hiccups, så vidt de går til bedre detektorer."

Det vi ved det er det ikke

En række teorier er kommet og gået om, hvad mørkt materie er. En af de første var logisk nok: Sagen var skjult inden for massive astrofysiske kompakte haloobjekter, eller MACHO'er, som f.eks. Neutronstjerner, sorte huller, brune dværge og rogue planeter. De udsender ikke lys (eller de udsender kun meget lidt), så de er effektivt usynlige for teleskoper. [De 9 største uløste mysterier i fysik]

Men undersøgelser af galakser, der kigger efter små forvrængninger i lyset af baggrundsstjerner produceret af en MACHO forbi - kaldet mikrolensende begivenheder - kunne ikke regne med mængden af ​​mørk stof omkring galakser eller endda en betydelig del af det. "MACHO'er synes som udelukkede som nogensinde", sagde Dan Hooper, en associeret forsker ved Fermi National Accelerator Laboratory i Illinois.

Mørket materiale ser ikke ud til at være skyer af gas, som teleskoper ikke ville se. Diffus gas ville absorbere lys fra galakserne, der ligger længere væk, og derudover ville almindelig gas genudstråle stråling ved længere bølgelængder - der ville være en massiv stråling af infrarødt lys i himlen. Da det ikke sker, kan vi også regne det ud, sagde Kumar.

Hvad det kunne være

Svagt interaktive massive partikler eller WIMP'er er nogle af de stærkeste konkurrenter til at forklare mørkt stof. WIMP'er er tunge partikler - ca. 10 til 100 gange tungere end en proton - der blev produceret under Big Bang, selvom der kun er få små mængder i dag. Disse partikler interagerer med normal materie via tyngdekraften eller den svage atomkraft. Mere massive WIMP'er ville bevæge sig langsommere gennem rummet, og derfor være "kolde" mørke stof kandidater, mens lettere dem ville bevæge sig hurtigere og være "varm" mørk stof. [Wacky Physics: De fedeste små partikler i naturen]

En måde at finde dem på er i "direkte detektering" eksperimenter, såsom Experimentet med store underjordiske Xenon (LUX), som er en beholder af flydende xenon i en South Dakota-mine. Hvis en xenon-kerne ser ud til at "hoppe" uden forklaring, ville det være en kandidat for at blive ramt af en mørk materielpartikel.Størrelsen af ​​studiet ville give en ide om den nye partikels masse. Men Hooper sagde, at LUX ikke har set noget endnu.

En anden måde at se WIMP'erne på kan være partikelacceleratorer. Indvendige acceleratorer smelter atomkerner ind i hinanden ved næsten lysets hastighed, og i processen bliver kollisionens energi omdannet til andre partikler, noget nyt for videnskaben. Hidtil har partikelacceleratorer dog ikke fundet noget, der ligner en kandidat til mørk materiel.

Resultater fra både direkte detektions- og partikelacceleratorer har imidlertid lagt grænser for størrelsen og massen af ​​denne hypotetiske mørkepartikelpartikel, sagde Kumar. Følsomheden af ​​LUX er ned til 200 MeV eller ca. en femtedel af en protons masse, og den kan teoretisk se partikler så tung som 1 TeV, hvilket kan sammenlignes med nogle typer kvarker. Da LUX ikke så noget så langt, kunne det godt betyde, at mørkt materiale ikke ligger inden for dette område.

Kumar sagde, at det er muligt, at WIMP'er er meget tunge, og fordi de er så massive, er det bare ikke, at mange af dem, der betyder chancen for at de rammer et xenonatom, er små.

En anden mulighed: axions. Disse subatomære partikler kunne detekteres indirekte af de former for stråling, de udsender, når de udslett eller som de falder ind i andre slags partikler eller forekommer i partikelacceleratorer. Alligevel har der heller ikke været direkte beviser for axioner.

Siden detekteringen af ​​tunge, langsomme "kolde" partikler, som WIMP'er eller aksioner, har ikke givet resultater endnu, ser nogle forskere på muligheden for lettere, hurtigere bevægelige partikler, som de kalder "varmt" mørkt stof. Der har været en fornyet interesse for en sådan mørkemodelmodel, efter at forskerne fandt tegn på en ukendt partikel ved at bruge Chandra X-ray Observatory i Perseus-klyngen, en gruppe af galakser omkring 250 millioner lysår fra Jorden. De kendte ioner i denne klynge producerer visse røntgenemissionslinjer, og i 2014 så forskerne en ny "linje", der kan svare til en ukendt letvægtspartikel, Nicola Menci, en astrofysiker ved Italiens National Institute for Astrophysics (INAF), fortalte WordsSideKick.com i en email.

Hvis mørke partikler er lette, vil forskerne have en vanskelig tid til at opdage dem direkte, sagde Tracy Slatyer, en fysiker ved MIT. Slatyer har foreslået nye slags partikler, der kan udgøre mørkt stof.

"Mørk materiale med [a] masse under ca. 1 GeV er virkelig svært at opdage med konventionelle direkte detektionseksperimenter, fordi de arbejder ved at kigge efter uforklarlige rekyler af atomkerner... men når det mørke stof er meget lettere end atomkernen, recoil energi er meget lille, "slatyer sagde. Protoner - en brintkerne - kan ikke være nogen lettere end ca. 938 MeV, så en partikel, der vejer i keV-området, vil være 1.000 gange lettere. "Tænk at hoppe en ping-pong bold ud af en bowlingkugle, bowlingkuglen bevæger sig ikke meget," sagde hun.

Slatyer sagde, at der er meget forskning på, hvordan man finder mørkepartikler, hvis de nuværende metoder fejler. Ved hjælp af "superfluid" flydende helium, halvledere og endda brydning af kemiske bindinger i krystaller er blandt de ideer, der flyder.

Kumar sagde en grund til, at mørkt materiale er så mystisk, at netop fysikere føler, at de til en vis grad forstår, hvordan Big Bang-nukleosyntese - materiens oprindelse - fungerede. Standardmodellen, som forudsagde Higgs bosonen, har hidtil været meget succesfuld, så medmindre de alle har været rigtig forkerte om noget grundlæggende, er det mærkeligt, at ingen har formået at opdage en mørkpartikelpartikel endnu.

Hvis for eksempel mørkepartikler er meget forskellige fra, hvad mange nuværende modeller forudser, er det muligt, at partikelacceleratorer ikke ville have set det. Acceleratorer som Large Hadron Collider er bedre til at se ting der interagerer med den stærke atomkraft, som forfalder til andre partikler.

"Hvis det er den måde dit mørke stof virker på, er det en fantastisk maskine at finde den," sagde han. "Men hvis der ikke er en tungere partikel sådan, er det sværere."


Video Supplement: Universet hvisker til dig.. Lytter du?:).




Forskning


Dino-Chicken Gets One Step Closer
Dino-Chicken Gets One Step Closer

Hvordan Maven Virker
Hvordan Maven Virker

Videnskab Nyheder


Perfektion Er Alle Omkring Os
Perfektion Er Alle Omkring Os

Fisk Er Let Pickin Er Lige Udenfor Beskyttede Områder
Fisk Er Let Pickin Er Lige Udenfor Beskyttede Områder

Hvordan Regnbuer Arbejder
Hvordan Regnbuer Arbejder

15 States Lag På Vaccinerende Tots Til Measles, Dumps & Rubella
15 States Lag På Vaccinerende Tots Til Measles, Dumps & Rubella

5 Opdagelser Lavet Af Large Hadron Collider (Så Langt)
5 Opdagelser Lavet Af Large Hadron Collider (Så Langt)


DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com