Universul este format din cel puțin două feluri de materie. În primul rând, există materialul pe care îl putem detecta, pe care astronomii îl numesc materie „baryonic”. Este considerată o materie „obișnuită”, deoarece este făcută din protoni și neutroni, care pot fi măsurați. Materia baronică include stele și galaxii, plus toate obiectele pe care le conțin.
În univers există și „chestii” care nu pot fi detectate prin mijloace obișnuite de observare. Cu toate acestea, există deoarece astronomii pot măsura efectul său gravitațional asupra materiei baryonice. Astronomii numesc acest material „materie întunecată” pentru că, ei bine, este întuneric. Nu reflectă și nu emite lumină. Această formă misterioasă a materiei prezintă câteva provocări majore pentru a înțelege multe lucruri despre univers, care se întorc chiar la început, cu aproximativ 13,7 miliarde de ani în urmă.
Descoperirea materiei întunecate
În urmă cu decenii, astronomii au descoperit că nu există suficientă masă în univers pentru a explica lucruri precum rotația stelelor
galaxii și mișcările grupurilor de stele. Masa afectează mișcarea unui obiect prin spațiu, indiferent dacă este vorba despre o galaxie, o stea sau o planetă. Judecând după felul în care unele galaxii s-au rotit, de exemplu, s-a părut că undeva era mai multă masă. Nu a fost detectat. Cumva „lipsea” din inventarul de masă pe care l-au adunat folosind stele și nebuloase pentru a atribui unei galaxii o masă dată. Dr. Vera Rubin și echipa ei observau galaxii când au observat prima dată o diferență între ratele de rotație preconizate (bazate pe masa estimată a galaxiilor respective) și ratele reale pe care le-au observat.Cercetătorii au început să sape mai adânc pentru a-și da seama unde s-a dus toată masa lipsă. Ei au considerat că poate înțelegerea noastră despre fizică, adică. relativitate generală, a fost defect, dar prea multe alte lucruri nu s-au adăugat. Deci, au decis că poate masa era încă acolo, dar pur și simplu nu era vizibilă.
Deși este încă posibil să ne lipsească ceva fundamental în teoriile noastre despre gravitate, a doua opțiune a fost mult mai plăcută fizicienilor. Din această revelație s-a născut ideea de materie întunecată. Există dovezi observaționale pentru aceasta în jurul galaxiilor, iar teoriile și modelele indică implicarea materiei întunecate la începutul formării universului. Așadar, astronomii și cosmologii știu că este acolo, dar încă nu și-au dat seama ce este încă.
Materie întunecată la rece (CDM)
Deci, ce ar putea fi materia întunecată? Deocamdată, există doar teorii și modele. Ele pot fi de fapt împărțite în trei grupuri generale: materie întunecată fierbinte (HDM), materie întunecată caldă (WDM) și materie întunecată rece (CDM).
Dintre cei trei, CDM a fost mult timp candidatul principal pentru ceea ce este această masă lipsă din univers. Unii cercetători favorizează în continuare o teorie a combinațiilor, în care aspecte ale celor trei tipuri de materie întunecată există împreună pentru a constitui masa totală lipsă.
CDM este un fel de materie întunecată care, dacă există, se mișcă încet în comparație cu viteza luminii. Se crede că a fost prezent în univers încă de la început și a influențat foarte probabil creșterea și evoluția galaxiilor. precum și formarea primelor stele. Astronomii și fizicienii cred că este foarte probabil o particulă exotică care încă nu a fost detectată. Are foarte multe proprietăți foarte specifice:
Ar trebui să lipsească interacțiunea cu forța electromagnetică. Acest lucru este destul de evident, deoarece materia întunecată este întunecată. Prin urmare, nu interacționează, nu reflectă sau radiază niciun tip de energie în spectrul electromagnetic.
Cu toate acestea, orice particulă candidată care formează materie întunecată rece ar trebui să țină cont de faptul că trebuie să interacționeze cu un câmp gravitațional. Pentru dovada acestui lucru, astronomii au observat că acumulările de materie întunecată în ciorchini de galaxie poartă o influență gravitațională asupra luminii de la obiecte mai îndepărtate care se întâmplă să treacă pe lângă ele. Aceasta asa-numita "efect de lentila gravitațională" a fost observat de multe ori.
Obiecte candidate la întuneric la rece
Deși nicio materie cunoscută nu îndeplinește toate criteriile pentru materia întunecată rece, cel puțin trei teorii au fost avansate pentru a explica CDM (dacă există).
- Particule masive care interacționează slab: De asemenea cunoscut ca si WIMP, aceste definiții, prin definiție, răspund tuturor nevoilor CDM. Cu toate acestea, nici o astfel de particulă nu a fost niciodată descoperită. WIMP-urile au devenit termenul captiv pentru toți candidații la materie întunecată la rece, indiferent de ce se crede că particulele apar.
- axioni: Aceste particule posedă (cel puțin marginal) proprietățile necesare ale materiei întunecate, dar din diferite motive, probabil nu este răspunsul la întrebarea materiei întunecate reci.
- Machos: Acesta este un acronim pentru Obiecte masive compact Halo, care sunt obiecte ca. găuri negre, străvechi stele neutronice, pitici maro și obiecte planetare. Toate acestea nu sunt luminoase și masive. Dar, din cauza dimensiunilor mari, atât din punct de vedere al volumului, cât și al masei, acestea ar fi relativ ușor de detectat prin monitorizarea interacțiunilor gravitaționale localizate. Există probleme cu ipoteza MACHO. Mișcarea observată a galaxiilor, de exemplu, este uniformă într-un mod care ar fi greu de explicat dacă MACHO-urile furnizează masa lipsă. În plus, grupurile de stele ar necesita o distribuție foarte uniformă a acestor obiecte în limitele lor. Asta pare foarte puțin probabil. De asemenea, numărul pur de MACHO care ar trebui să fie destul de mare pentru a explica masa care lipsește.
În acest moment, misterul materiei întunecate nu are încă o soluție evidentă. Astronomii continuă să proiecteze experimente pentru a căuta aceste particule evazive. Când își vor da seama ce sunt și cum sunt distribuite prin univers, vor debloca un alt capitol în înțelegerea noastră a cosmosului.