Compoziția Universului

Universul este un loc vast și fascinant. Când astronomii iau în considerare din ce este făcut, ei pot indica cel mai direct miliarde de galaxii pe care le conține. Fiecare dintre acestea are milioane de miliarde sau chiar miliarde de stele. Multe dintre aceste stele au planete. Există, de asemenea, nori de gaz și praf.

Între galaxii, unde se pare că ar exista foarte puține „chestii”, în unele locuri există nori de gaze fierbinți, în timp ce în alte regiuni sunt goluri aproape goale. Tot ce este material poate fi detectat. Deci, cât de greu poate fi să privim în cosmos și să estimăm, cu o precizie rezonabilă, cantitatea de masă luminoasă (materialul pe care îl putem vedea) în Universul, folosind radio, infraroşu și raze X astronomie?

Acum, când astronomii au detectori extrem de sensibili, fac progrese mari în ceea ce privește descoperirea masei universului și a ceea ce formează acea masă. Dar nu asta este problema. Răspunsurile pe care le primesc nu au sens. Este metoda lor de a adăuga masa greșită (nu este probabil) sau există altceva acolo; altceva pe care nu le pot

Una dintre cele mai mari dovezi pentru masa universului este ceva numit fundal cosmic cu microunde (CMB). Nu este o „barieră” fizică sau ceva de genul acesta. În schimb, este o condiție a universului timpuriu care poate fi măsurată folosind detectoare cu microunde. CMB datează de la puțin timp după Big Bang și este de fapt temperatura de fundal a universului. Gândiți-vă la ea ca la căldură care poate fi detectată în tot cosmosul în egală măsură din toate direcțiile. Nu este exact ca și căldura care iese de pe Soare sau radiază de pe o planetă. În schimb, este o temperatură foarte scăzută măsurată la 2,7 grade K. Când astronomii merg pentru a măsura această temperatură, ei observă fluctuații mici, dar importante, răspândite pe tot acest „căldură” de fond. Cu toate acestea, faptul că există înseamnă că universul este în esență „plat”. Asta înseamnă că se va extinde pentru totdeauna.

Deci, ce înseamnă această planeitate pentru a da seama de masa universului? În esență, având în vedere dimensiunea măsurată a universului, înseamnă că trebuie să existe suficientă masă și energie prezentă în el pentru a-l face „plat”. Problema? Ei bine, când astronomii adaugă toate „normal” (cum ar fi stele și galaxii, plus gazul din univers, asta înseamnă doar aproximativ 5% din densitatea critică de care un univers plat trebuie să rămână plat.

Asta înseamnă că 95 la sută din univers nu a fost încă detectat. Este acolo, dar ce este? Unde este? Oamenii de știință spun că există așa cum este materie întunecată și energie întunecată.

Masa pe care o putem vedea se numește materie „baryonic”. Este vorba despre planete, galaxii, nori de gaz și aglomerații. Masa care nu poate fi văzută se numește materie întunecată. Există și energie (ușoară) care poate fi măsurat; interesant, există și așa-numita „energie întunecată”. și nimeni nu are o idee foarte bună despre ceea ce este.

Deci, ce face universul și în ce procente? Iată o defalcare a proporțiilor actuale de masă din univers.

În primul rând, există elementele grele. Ele constituie aproximativ ~ 0,03% din univers. Timp de aproape jumătate de miliard de ani de la nașterea universului, singurele elemente care au existat au fost hidrogenul și heliul. Nu sunt grele.

Cu toate acestea, după ce stelele s-au născut, au trăit și au murit, universul a început să fie însămânțat cu elemente mai grele decât hidrogenul și heliul care au fost „gătite” în interiorul stelelor. Asta se întâmplă pe măsură ce stelele fuzionează hidrogenul (sau alte elemente) în miezurile lor. Stardeath răspândește toate aceste elemente în spațiu prin nebuloase planetare sau explozii de supernove. Odată împrăștiați în spațiu. ele sunt materii prime pentru construirea următoarelor generații de stele și planete.

Cu toate acestea, este un proces lent. Chiar și la aproape 14 miliarde de ani de la crearea sa, singura mică parte din masa universului este alcătuită din elemente mai grele decât heliul.

Neutrinii fac parte și din univers, deși doar aproximativ 0,3 la sută din acesta. Acestea sunt create în timpul procesului de fuziune nucleară în miezurile de stele, neutrinii sunt particule aproape fără masă care călătoresc aproape la viteza luminii. Împreună cu lipsa lor de sarcină, masele lor minuscule înseamnă că nu interacționează ușor cu masa, cu excepția unui impact direct asupra unui nucleu. Măsurarea neutrinilor nu este o sarcină ușoară. Dar, le-a permis oamenilor de știință să obțină estimări bune ale ratelor de fuziune nucleară ale Soarelui nostru și ale altor stele, precum și o estimare a populației totale de neutrini din univers.

Când privitorii se uită pe cerul nopții, cea mai mare parte a ceea ce vedetele sunt stele. Ele reprezintă aproximativ 0,4 la sută din univers. Cu toate acestea, atunci când oamenii privesc lumina vizibilă care vine chiar și din alte galaxii, cea mai mare parte a ceea ce văd sunt stele. Pare ciudat că nu alcătuiesc decât o mică parte din univers.

Deci, ce este mai mult, mai abundent decât stelele și neutrinii? Se dovedește că, la patru procente, gazele constituie o parte mult mai mare a cosmosului. De obicei, ocupă spațiul între stele și, pentru asta, spațiul dintre galaxii întregi. Gazul interstelar, care este în mare parte doar hidrogen elementar gratuit și heliu constituie cea mai mare parte a masei din univers care poate fi măsurată direct. Aceste gaze sunt detectate folosind instrumente sensibile la lungimea de undă a radioului, în infraroșu și la radiografie.

Materie întunecată

Cea de-a doua cea mai abundentă „chestie” a universului este ceva ce nimeni nu a văzut altfel detectat. Cu toate acestea, reprezintă aproximativ 22 la sută din univers. Oamenii de știință care analizează mișcarea (rotație) de galaxii, precum și interacțiunea galaxiilor în grupuri de galaxii, a constatat că toate gazele și praful prezente nu sunt suficiente pentru a explica aspectul și mișcările galaxiilor. Se pare că 80 la sută din masa acestor galaxii trebuie să fie „întunecate”. Adică nu este detectabil în orice lungimea de undă a luminii, prin radio raze gamma. De aceea, aceste „chestii” se numesc „materie întunecată”.

Identitatea acestei mase misterioase? Necunoscut. Cel mai bun candidat este materia întunecată rece, care este teoretizat pentru a fi o particulă similară cu un neutrino, dar cu o masă mult mai mare. Se crede că aceste particule, adesea cunoscute sub numele de particule masive care interacționează slab (WIMPs) au apărut din interacțiunile termice la început galaxie formațiuni. Cu toate acestea, până acum nu am reușit să detectăm, direct sau indirect, materia întunecată sau să o creăm într-un laborator.

Cea mai abundentă masă a universului nu este materia întunecată, nici stele, galaxii sau nori de gaz și praf. Este ceva numit „energie întunecată” și reprezintă 73 la sută din univers. De fapt, energia întunecată nu este (probabil) chiar masivă. Ceea ce face ca categorizarea sa de „masă” să fie oarecum confuză. Deci ce este? Este posibil o proprietate foarte ciudată a spațiului-timp în sine, sau poate chiar a unui câmp energetic inexplicabil (până acum) care pătrunde în întregul univers. Sau niciuna dintre acele lucruri. Nimeni nu stie. Doar timpul și multe și multe mai multe date vor spune.

Editat și actualizat de Carolyn Collins Petersen.