Rom

9 av de største ubesvarte spørsmålene om mørkt materiale

9 av de største ubesvarte spørsmålene om mørkt materiale



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Spørsmålene rundt den mørke saken er noen av de viktigste fysikkmysteriene i vår moderne tid. Eksistensen av mørk materie ble opprinnelig foreslått av den nederlandske astronomen Jacobus Kapteyn i 1922, ved å bruke forskning på stjernehastigheter. I 1933 la Fritz Zwicky merke til noe rart i den fjerne komaklyngen av galakser.

Den sveitsiske amerikanske astronomen oppdaget at massen til alle stjernene i komaklyngen av galakser bare ga omtrent 1 prosent av massen som var nødvendig for å hindre galaksene i å unnslippe klyngens tyngdekraft. Faktisk ble mørk materie opprinnelig kalt "manglende materie", fordi astronomer ikke kunne finne den ved å observere universet ved hjelp av noen del av det elektromagnetiske spekteret. Først på 1970-tallet ble mørk materie offisielt bekreftet å eksistere av amerikanske astronomer Vera Rubin og W. Kent Ford.

Så, hva er den nåværende sprøytenarkomanen rundt mørk materie? Du har kanskje sett det referert til i science fiction-filmer eller TV-serier eller til og med lest om det i nyhetene, ettersom det vitenskapelige samfunnet arbeider for å forstå det bedre. Å forstå denne manglende saken riktig kan hjelpe forskere til bedre å forstå universets presise natur og kanskje til og med hvordan universet vårt vil ende.

Mørk materie er langt mer utbredt enn vi tror, ​​ifølge noen teorier. Mengden mørk materie kan vise oss om universet utvider seg, eller om det kan kollapse en gang i en fjern fremtid, eller slutte å bevege seg helt. Mørk materie kan også hjelpe forskere til bedre å forstå hvordan tyngdekraften fungerer, eller hvordan galakser dannes. Listen fortsetter. Imidlertid er det fortsatt mange ubesvarte spørsmål angående mørk materie som må takles før astronomer kan komme videre. I dag er det det vi skal utforske. La oss komme i gang.

1. Hva er egentlig mørk materie?

Hvis du fortsatt ikke er sikker på hva mørk materie er, er du ikke alene. Selv om mange forskere mener at mørk materie utgjør 85% av materien i universet, er det ennå ikke enighet om hva mørk materie er. Enda mer, jo mer vi studerer mørk materie, jo mørkere ting ser ut til å bli. Imidlertid er det to hovedteorier for naturen til mørk materie.

Det ene er forslaget om at mørk materie består av vanlige, men vanskelig å se døde stjerner eller enorme kalde planetgjenstander. Disse objektene ville akkumuleres i galakser i en "glorie" og kalles så "Massive Compact Halo Objects", eller MACHOer.

Den andre populære teorien er at mørk materie består av uoppdagede partikler som ble skapt i Big Bang og eksisterer overalt. Disse kalles Weakly Interacting Massive Particles eller WIMPs. Dette er for tiden den ledende teorien.

Fysikeren Don Lincoln fra det amerikanske energidepartementets Fermilab utvidet denne ideen i sin artikkel for Livescience, og sa: "Vi har aldri direkte observert mørk materie, men vi vet mye om hva det må være: Det må være massivt (fordi det påvirker rotasjonen av galakser); den må være elektrisk nøytral (fordi vi ikke kan se den); den må være forskjellig fra vanlig materie (fordi vi ikke ser noe bevis for at den interagerer med materien på vanlig måte), og den må være stabil (fordi det har eksistert siden begynnelsen av universet). Disse egenskapene er utvetydige. "

"Vi vet imidlertid ikke nøyaktig hva det er. I den mest populære generiske teorien kalles mørk materiepartikkel en WIMP, for svakt interagerende massive partikler. WIMP er som tunge nøytroner (men definitivt ikke nøytroner), med en masse på 10 til 100 ganger tyngre enn en proton. De ble skapt i store mengder under Big Bang, og en liten restminne gjenstår til i dag. "

Likevel, selv om disse WIMP-ene knapt kan oppdages, bør de være overalt, og vi skal kunne samhandle med dem på en eller annen måte. Dette var den rådende teorien over lengre tid. Gjennom flere tiår har forskere bygget maskiner for å oppdage de mørke materiene WIMP-partiklene uten nytte, inntil nylig.

En detektor for mørk materie i Italia kom nylig tilbake med positive resultater. Likevel er DAMA-eksperimentet veldig kontroversielt, da andre mørke materie-detektorer rundt om i verden gir motstridende resultater. For øyeblikket har vi foreløpig ikke et klart bevis på at disse teoretiske partiklene til og med eksisterer.

2. Bør ikke mørk materie samhandle med noe?

Ja absolutt. Men dette er mye vanskeligere enn du kanskje tror. For det første kan forskere bare studere mørk materie ved å se hvordan det påvirker universet rundt det. Fram til dette punktet er det eneste som er observert gravitasjonseffektene av mørk materie, som ytterligere skyer våre ideer om emnet.

Fra tidligere studier av fenomenet mørk materie vet vi at det påvirker himmellegemer. Men hva om mørk materie ikke er en partikkel? Kanskje det er et felt? Eller kanskje vi ikke helt forstår hvordan tyngdekraften fungerer.

I 2015 observerte forskere fire store klumper av det de mente var mørk materie rundt fire kolliderende galakser. Observasjonene deres viste at en av klumpene merkelig henger etter galaksen. Ikke bare syntes dette å bekrefte at mørk materie påvirker galakser, men det viste også at mørk materie kunne samhandle med annen mørk materie. Likevel har vi ennå ikke sett om mørk materie virker sammen med vanlig materie.

3. Er det en måte å studere mørk materie på riktig måte?

Som nevnt ovenfor har forskere prøvd å oppdage partikler av mørk materie i årevis, uten suksess. Imidlertid, hvis WIMP-teorien er riktig, ville det være veldig vanskelig å måle dem riktig. Likevel, hvis vi antar at disse partiklene beveger seg gjennom rommet, bør mørk materie på et tidspunkt samhandle med en mer kjent form for vanlig materie, som et proton eller elektron.

For å måle dette har forskere bygget eksperiment etter eksperiment for å studere interaksjoner mellom vanlige partikler dypt under jorden, der de er skjermet mot forstyrrende stråling som kan etterligne en mørk materie-partikkelkollisjon. Imidlertid har selv det siste kinesiske PandaX-eksperimentet ennå ikke gitt avgjørende resultater. En rådende teori for å forklare dette er at partiklene av mørk materie faktisk er mye mindre enn WIMP og så veldig vanskelig å oppdage.

4. Kan mørk materie være laget av mer enn en partikkel?

Dette spørsmålet gir mye mening. Tross alt består vanlig materie ikke bare av protoner og elektroner. Den inneholder også en rekke "eksotiske" partikler som nøytrinoer, muoner og pioner. Det ville ikke være for langt unna å tro at mørk materie har en lignende "eksotisk" blanding av partikler. "Partikler av mørk materie vil egentlig bestå av tunge" mørke protoner "og lyse" mørke elektroner ", sier Charles Q. Choi.

"De ville samhandle med hverandre langt mer enn andre mørke materiepartikler for å danne" mørke atomer "som bruker" mørke fotoner "for å samhandle gjennom en slags" mørk elektromagnetisme, "akkurat som vanlige protoner og elektroner samhandler gjennom fotoner i konvensjonell elektromagnetisme for å bygge atomene som utgjør ting i hverdagen. Hvis mørke atomer er mulige, kan de reagere med hverandre for mørk kjemi, akkurat som vanlige atomer samhandler kjemisk. "

5. Hva med mørke krefter?

Nei, vi snakker ikke om Darkside of the Force. Likevel kan det fungere på samme måte for alt vi vet. Som nevnt ovenfor kan mørk materie bestå av det som kalles mørke partikler. Måten mørke protoner og mørke elektroner samhandler med hverandre kan forklare hvorfor mørk materie klumper seg sammen og danner sfæriske glorier rundt galakser, stjerner og planeter.

Dette kan også åpne muligheten for mørke fotoner. Hva er mørke fotoner, spør du? Kort sagt er de fotoner som utveksles mellom normale partikler som gir opphav til den elektromagnetiske kraften, bortsett fra at de bare vil føles av mørke materiepartikler. Teorier som disse kan åpne en Pandoras boks fra en helt annen side til universet.

6. Hva om mørk materie handler om aksiomer?

Mens noen forskere fortsetter å fokusere på WIMP-teorien, og søker etter svake partikler, har oppmerksomheten blitt flyttet til en annen partikkel, aksiomer. Dette er ultralette partikler, milliarder ganger lettere enn elektronet. De antas av noen å være en utmerket kandidat for mørk materie, av flere grunner.

For det første ville deres usynlige tilstedeværelse forklare hvorfor universet er mye tyngre enn det ser ut. For det andre vil partikkelen også vise hvorfor de to grunnleggende kreftene som former atomkjerner følger forskjellige regelbøker. Axion Dark Matter Experiment (ADMX) ved University of Washington leder for tiden avgiften for vitenskap om aksiom og mørk materie.

Aksjonen er en kandidat for mørk materie, siden den, akkurat som mørk materie, ikke kan samhandle med vanlig materie. Denne avsidigheten gjør også aksjonen, hvis den eksisterer, ekstremt vanskelig å oppdage. Denne rare partikkelen kan også bidra til å løse en langvarig gåte i fysikk kjent som "det sterke CP-problemet".

7. Hvis mørk materie finnes overalt, burde den ikke eksistere i enhver galakse?

En av de ledende teoriene rundt mørk materie er at den spiller en viktig rolle i dannelsen av galakser. Det antas at mørk materie spiller en rolle i å kontrollere og organisere dannelsen av store himmelstrukturer. Imidlertid har forskere nå funnet en galakse som ser ut til å ikke ha noe mørkt materiale i det hele tatt.

Hvis vi tenker på mørk materie som stillaset som holder universet sammen, hvorfor skulle en galakse mangle disse viktige strukturene? Et svar er at mørk materie kanskje ikke spiller en så stor rolle i dannelsen av himmellegemer som man tidligere hadde trodd.

8. Hva med vår positive deteksjon av mørke materiepartikler?

Som nevnt ovenfor er forskning fra det italienske DAMA-prosjektet, som rapporterte om funnet av mørk materie, svært kontroversiell. For å finne de mystiske og unnvikende mørke materiepartiklene har forskere over hele verden laget underjordiske detektorer for å prøve å observere WIMP-partikler som samhandler med vanlig materie.

Til dags dato er DAMA det eneste prosjektet som har lykkes med å demonstrere eksistensen av mørke materiepartikler. Andre ledende detektorprosjekter lokalisert på forskjellige steder rundt om i verden har rapportert motstridende resultater. Den dag i dag debatteres nøyaktigheten av DAMA-resultatene.

9. Kan vanlige partikler forråtne i mørk materie?

Hva om vanlige partikler faktisk blir til mørke materiepartikler? Tross alt ser vi allerede noe lignende forekomme i elektroner og nøytroner. Et enslig nøytron vil sakte forfalle til et proton mens et elektron vil forfalle til et nøytron. Noen forskere mener det 1% av disse partiklene forfaller faktisk til mørke partikler. Bartosz Fornal og Benjamín Grinstein fra University of California, San Diego, foreslår en løsning på dette avviket som antar at nøytroner forfaller 1% av tiden til mørke materiepartikler. Fordi bjelkeeksperimenter ikke ville oppdage disse forfallene, ville deres antatte nøytronlevetid være lengre enn den faktiske verdien.

Tror du at vi endelig vil forstå mørk materie i fremtiden?


Se videoen: ZEITGEIST: MOVING FORWARD. OFFICIAL RELEASE. 2011 (August 2022).