Külm tume aine (CDM)

Universum koosneb vähemalt kahte tüüpi ainest. Esiteks on olemas materjal, mida saame tuvastada ja mida astronoomid nimetavad "baryonic" aineks. Seda mõeldakse kui "tavalist" ainet, kuna see on valmistatud prootonitest ja neutronitest, mida saab mõõta. Barüooniline aine hõlmab tähti ja galaktikaid, pluss kõiki objekte, mida need sisaldavad.

Universumis on ka selliseid asju, mida tavapäraste vaatlusvahendite abil ei õnnestu tuvastada. Kuid see on olemas, kuna astronoomid saavad mõõta selle gravitatsioonilist mõju baryoonilisele ainele. Astronoomid nimetavad seda materjali "tumedaks aineks", sest noh, see on tume. See ei peegelda ega eralda valgust. See salapärane mateeriavorm seab alguse juurde, umbes 13,7 miljardit aastat tagasi, paljude peamiste väljakutsete mõistmiseks väljakutse.

Aastakümneid tagasi leidsid astronoomid, et universumis pole piisavalt massi, et selgitada selliseid asju nagu tähtede pöörlemine galaktikad ja täheparvede liikumised. Mass mõjutab objekti liikumist läbi ruumi, olgu see galaktika või täht või planeet. Otsustades näiteks mõne galaktika pöörlemise üle, näis, et kuskil oli rohkem massi. Seda ei tuvastatud. See oli kuidagi "puudu" massiinventarist, mille nad kokku panid, kasutades tähti ja udusid galaktikale antud massi määramiseks.

Teadlased hakkasid sügavamalt uurima, kuhu kogu kadunud mass oli läinud. Nad leidsid, et võib-olla on meie arusaam füüsikast, s.t. üldrelatiivsus, oli viga, kuid liiga palju muid asju ei lisanud. Niisiis, nad otsustasid, et võib-olla oli mass alles, kuid lihtsalt mitte nähtav.

Ehkki on endiselt võimalik, et meil puudub gravitatsiooniteooriates midagi fundamentaalset, on teine ​​võimalus olnud füüsikute jaoks meelepärasem. Sellest ilmutusest sündis tumeda aine idee. Selle kohta on galaktikate ümber vaatlusaluseid tõendeid ning teooriad ja mudelid osutavad tumeda aine kaasamisele universumi kujunemise varases etapis. Nii et astronoomid ja kosmoloogid teavad, et see on seal väljas, kuid pole veel aru saanud, mis see veel on.

Mis võiks olla tume aine? Seni on olemas ainult teooriad ja mudelid. Neid saab tegelikult jagada kolmeks üldrühmaks: kuum tume aine (HDM), soe tume aine (WDM) ja külm tume aine (CDM).

Neist kolmest on CDM juba pikka aega olnud juhtiv kandidaat selle jaoks, mis on see universumis kadunud mass. Mõned teadlased eelistavad endiselt kombinatsiooniteooriat, kus kõigi kolme tüüpi tumeaine aspektid eksisteerivad koos, et moodustada kogu puuduv mass.

CDM on omamoodi tume aine, mis olemasolu korral liigub valguse kiirusega võrreldes aeglaselt. Arvatakse, et see oli universumis olemas juba algusest peale ja on suure tõenäosusega mõjutanud galaktikate kasvu ja arengut. samuti esimeste tähtede moodustumine. Astronoomid ja füüsikud arvavad, et tõenäoliselt on tegemist mõne eksootilise osakesega, mida pole veel avastatud. Sellel on tõenäoliselt mõned väga spetsiifilised omadused:

Sellel ei peaks olema interaktsiooni elektromagnetilise jõuga. See on üsna ilmne, kuna tume aine on tume. Seetõttu ei interakteeru, ei peegelda ega kiirga elektromagnetilise spektri mis tahes tüüpi energiat.

Iga kandidaatosake, mis moodustab külma tumeaine, peaks siiski arvestama, et see peab toimima gravitatsiooniväljaga. Selle tõestuseks on astronoomid märganud, et tumeaine kogunemine galaktikaparvedes avaldab gravitatsioonilist mõju kaugematest objektidest, mis juhtuvad möödudes. See nn "gravitatsiooniline läätseefekt" on mitu korda täheldatud.

Ehkki ükski teadaolev aine ei vasta kõigile külma tumeda aine kriteeriumidele, on CDMi (kui need on olemas) seletamiseks esitatud vähemalt kolm teooriat.

• Nõrgalt interakteeruvad massiivsed osakesed: Tuntud ka kui WIMP-id, vastavad need osakesed definitsiooni järgi kõikidele CDM-i vajadustele. Sellist osakest pole aga kunagi olemas olnud. WIMP-dest on saanud kõigi külma tumeda aine kandidaatide kõikehõlmav termin, hoolimata sellest, miks osake arvatakse tekkivat.
• Aksioonid: Need osakesed omavad (vähemalt vähesel määral) tumeda aine vajalikke omadusi, kuid erinevatel põhjustel ei ole need ilmselt vastus külma tumeaine küsimusele.
• MACHO: See on lühend Massiivsed kompaktsed Halo-objektid, mis on sellised objektid nagu mustad augud, iidne neutronitähed, pruunid kääbused ja planeediobjektid. Need kõik ei ole helendavad ja massiivsed. Kuid nende suurte suuruste tõttu, nii mahu kui ka massi osas, on neid lokaliseeritud gravitatsiooniliste koostoimete jälgimisega suhteliselt lihtne tuvastada. MACHO hüpoteesiga on probleeme. Näiteks galaktikate vaadeldud liikumine on ühtlane viisil, mida oleks raske seletada, kui MACHO varustas puuduva massiga. Lisaks nõuaksid täheparved selliste objektide väga ühtlast jaotumist nende piirides. See tundub väga ebatõenäoline. Ka MACHO-de arv, mis peaks puuduva massi selgitamiseks olema üsna suur.

Praegu pole tumeda aine müsteeriumil veel ilmset lahendust. Astronoomid jätkavad katsete kavandamist, et otsida neid tabamatuid osakesi. Kui nad saavad aru, millised nad on ja kuidas need on universumis jaotunud, on nad avanud veel ühe peatüki meie arusaamast kosmosest.