Universumi koostis

Universum on suur ja põnev koht. Kui astronoomid kaaluvad, millest see koosneb, saavad nad kõige otsesemalt osutada miljarditele galaktikatele, mida see sisaldab. Igas neist on miljoneid või miljardeid või isegi triljoneid tähti. Paljudel neist tähtedest on planeedid. Samuti on seal gaasi- ja tolmupilvi.

Galaktikate vahel, kus tundub, et "kraami" oleks väga vähe, on mõnes kohas kuumade gaaside pilved, samas kui teistes piirkondades on tühjad tühjad ruumid. Kõik see on materjal, mida saab tuvastada. Niisiis, kui keeruline võib olla kosmosesse vaatamine ja mõistliku täpsusega hinnanguline valgusmassi (materjali, mida me näeme) suurus universum, kasutades raadio, infrapuna ja röntgen astronoomia?

Nüüd, kui astronoomidel on ülitundlikud detektorid, on nad teinud suuri edusamme universumi massi ja selle massi moodustamisel. Kuid see pole probleem. Neil saadavatel vastustel pole mõtet. Kas nende meetod masside liitmiseks on vale (pole tõenäoline) või on seal veel midagi muud; midagi muud, mida nad ei saa

Üks suurimaid tõendeid universumi massi kohta on nn kosmilise mikrolaine taust (CMB). See pole füüsiline "tõke" ega midagi sellist. Selle asemel on see varajase universumi seisund, mida saab mikrolaineandurite abil mõõta. CMB pärineb veidi pärast suurt pauku ja on tegelikult universumi taustatemperatuur. Mõelge sellele kui soojusele, mis on kogu kosmoses tuvastatav võrdselt kõigist suundadest. See pole päris selline, nagu Päikesest eralduv või planeedilt kiirgav kuumus. Selle asemel on see väga madal temperatuur, mõõdetuna 2,7 kraadi K juures. Kui astronoomid lähevad seda temperatuuri mõõtma, näevad nad kogu selle taustkuumuse all levivat väikest, kuid olulist kõikumist. Kuid olemasolu tähendab, et universum on sisuliselt "tasane". See tähendab, et see laieneb igaveseks.

Mida see lamedus tähendab universumi massi väljamõtlemiseks? Põhimõtteliselt tähendab see universumi mõõdetud suurust arvestades, et selles peab olema piisavalt massi ja energiat, et see muutuks "tasaseks" .Probleem? Noh, kui astronoomid liidavad kõik "normaalne" asi (nagu tähed ja galaktikad, pluss gaas universumis), see on vaid umbes 5% kriitilisest tihedusest, mida tasane universum peab tasapinnaliseks jääma.

See tähendab, et 95 protsenti universumist pole veel avastatud. See on olemas, aga mis see on? Kus see on? Teadlaste sõnul eksisteerib see sellisena tume aine ja tume energia.

Massi, mida me näeme, nimetatakse "baryonic" mateeriaks. See on planeedid, galaktikad, gaasipilved ja kobarad. Massi, mida ei saa näha, nimetatakse tumeaineks. Seal on ka energiat (valgus) mida saab mõõta; huvitaval kombel on seal ka nn tume energia. ja kellelgi pole väga head ettekujutust sellest, mis see on.

Mis moodustab universumi ja millistes protsentides? Siin on jaotus praegustest massiprotsentidest universumis.

Esiteks on rasked elemendid. Need moodustavad universumist umbes 0,03%. Ligi pool miljardit aastat pärast universumi sündi olid ainsad olemas olnud elemendid vesinik ja heelium. Need ei ole rasked.

Pärast tähtede sündi, elamist ja surma aga hakkas universum külvama vesinikust ja heeliumist raskemaid elemente, mis olid tähtede sees "ära keedetud". See juhtub siis, kui tähed sulanduvad tuumas vesinikku (või muid elemente). Stardeath levib kõik need elemendid kosmosesse läbi planetaarsete udukogude või supernoova plahvatuste. Kui nad on ruumi laiali. need on peamine materjal järgmiste põlvkondade tähtede ja planeetide ehitamiseks.

See on siiski aeglane protsess. Isegi peaaegu 14 miljardit aastat pärast selle loomist koosneb ainus väike osa universumi massist heeliumist raskematest elementidest.

Neutrinod on samuti osa universumist, ehkki sellest on vaid umbes 0,3 protsenti. Need tekivad tähtede tuumades toimuva termotuumasünteesi käigus. Neutriinod on peaaegu massita osakesed, mis liiguvad peaaegu valguse kiirusel. Lisaks nende laadimise puudumisele tähendavad nende pisikesed massid seda, et nad ei suhtle massiga hõlpsalt, välja arvatud otsene mõju tuumale. Neutriinisisalduse mõõtmine pole lihtne ülesanne. Kuid see võimaldas teadlastel saada häid hinnanguid meie Päikese ja teiste tähtede tuumasünteesi kiiruse kohta ning ka hinnangu kogu neutriino populatsiooni kohta universumis.

Kui tähtkujud ilmuvad öisesse taevasse, on suurem osa sellest, mida näeme, tähte. Need moodustavad universumist umbes 0,4 protsenti. Kui inimesed vaatavad isegi teistest galaktikatest pärit nähtavat valgust, on enamik neist, mida nad näevad, tähed. Veider tundub, et nad moodustavad ainult väikese osa universumist.

Mis on siis rohkemat kui tähed ja neutriinod? Selgub, et neljal protsendil moodustavad gaasid kosmosest palju suurema osa. Tavaliselt hõivavad nad selle ruumi vahel tähed ja selles osas ruum tervete galaktikate vahel. Tähtedevaheline gaas, mis on enamasti lihtsalt vaba elementaarne vesinik ja heelium, moodustab suurema osa universumi massist, mida saab otseselt mõõta. Neid gaase tuvastatakse raadio-, infrapuna- ja röntgenkiirguse lainepikkuste suhtes tundlike instrumentidega.

Tume aine

Universumi suuruselt teine ​​"värk" on midagi, mida keegi pole teisiti näinud. Ometi moodustab see umbes 22 protsenti universumist. Liikumist analüüsivad teadlased (pöörlemine), samuti galaktikate koosmõju galaktikate klastrites leidis, et kogu olemasolev gaas ja tolm ei ole galaktikate välimuse ja liikumise selgitamiseks piisavad. Selgub, et 80 protsenti nende galaktikate massist peab olema "tume". See tähendab, et see pole sees tuvastatav mis tahes valguse lainepikkus, raadio läbi gammakiir. Sellepärast nimetatakse seda "kraami" "tumeaineks".

Selle salapärase massi identiteet? Tundmatu. Parim kandidaat on külm tume aine, mis on teoreetiliselt neutriinoga sarnane, kuid palju suurema massiga osake. Arvatakse, et need osakesed, mida sageli nimetatakse nõrgalt interakteeruvad massiivsed osakesed (WIMP-id) tekkisid termilisest interaktsioonist varakult galaktika moodustised. Kuid siiani pole me suutnud tumedaid aineid otseselt ega kaudselt tuvastada ega laboris luua.

Universumi kõige rikkalikum mass ei ole tume aine ega tähed ega galaktikad ega gaasi- ja tolmupilved. See on nn tume energia ja see moodustab 73 protsenti universumist. Tegelikult pole tume energia üldse (tõenäoliselt) isegi massiline. Mis teeb selle "massiks" liigitamise mõnevõrra segaseks. Mis see siis on? Võimalik, et see on ruumi-aja enda väga kummaline omadus või võib-olla isegi mõni seletamatu (siiani) energiaväli, mis tungib läbi kogu universumi. Või pole kumbki neist asjadest. Keegi ei tea. Seda näitab ainult aeg, palju ja palju muid andmeid.

Toimetanud ja värskendanud Carolyn Collins Petersen.