Ciemna energia

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Szacowany udział ciemnej energii i ciemnej materii w energii Wszechświata:
68,3% to ciemna energia,
26,8% to ciemna materia,
4,9% to międzygalaktyczny gaz oraz gwiazdy

Ciemna energia (ang. dark energy) – hipotetyczna forma energii, która wypełnia całą przestrzeń i wywiera na nią ujemne ciśnienie, przyspieszając tempo rozszerzania się Wszechświata. Jest to jedno z pojęć wprowadzonych w celu wyjaśnienia przyspieszania ekspansji kosmosu oraz problemu brakującej masy we Wszechświecie. Wyniki badań opublikowane w 2011 wydają się potwierdzać istnienie ciemnej energii.

Galaktyka (z gr. γαλα – mleko) – duży, grawitacyjnie związany układ gwiazd, pyłu i gazu międzygwiazdowego oraz niewidocznej ciemnej materii. Typowa galaktyka zawiera od 10do 10 gwiazd orbitujących wokół wspólnego środka masy.Wszechświat – wszystko, co fizycznie istnieje: cała przestrzeń, czas, wszystkie formy materii i energii oraz prawa fizyki i stałe fizyczne określające ich zachowanie. Słowo „wszechświat” może być też używane w innych kontekstach jako synonim słów „kosmos” (w rozumieniu filozofii), „świat” czy „natura”. W naukach ścisłych słowa „wszechświat” i „kosmos” są równoważne.

Pomysłodawcą tego terminu jest Michael Turner.

Ciemna energia różni się istotnie od ciemnej materii – jej oddziaływanie grawitacyjne musi mieć charakter odpychający, gdyż inaczej, wciągnięta w obręb galaktyk i gromad galaktyk, wpływałaby dynamicznie na widoczną materię. Żadnego takiego wpływu jednak nie zaobserwowano. Ponadto grawitacja odpychająca rozwiązuje problem przyspieszonej ucieczki galaktyk. Wszystkie obecne pomiary stwierdzają, że z niewiadomego powodu Wszechświat rozszerza się coraz szybciej. Z pomiarów obecnego tempa ekspansji, przy założeniu, że ulega ona spowolnieniu, wynikałoby, że wiek Wszechświata wynosi około 13,82 mld lat. Przyspieszające tempo ekspansji Wszechświata, pozwala pogodzić obliczony wiek Wszechświata z obserwowanym wiekiem ciał niebieskich.

Prawo Hubble’a jest podstawowym prawem kosmologii obserwacyjnej, wiążącym odległości galaktyk r z ich tzw. prędkościami ucieczki v (których miarą jest przesunięcie ku czerwieni z). Prawo to określa, iż te dwie wielkości są do siebie proporcjonalne, a stałą proporcjonalności jest stała Hubble’a H0:Grawitacja (ciążenie powszechne) – jedno z czterech oddziaływań podstawowych, będące zjawiskiem naturalnym polegającym na tym, że wszystkie obiekty posiadające masę oddziałują na siebie wzajemnie przyciągając się.

W 1998 roku dwie niezależne grupy badaczy, wykorzystując pomiary odległych supernowych typu Ia wykryły, że tempo ekspansji Wszechświata ulega przyspieszeniu, i to dokładnie tak, jak przewidywano. Przeprowadzone w 2003 roku nowe badania promieniowania dochodzącego z obszarów nieba o większym zagęszczeniu galaktyk dowodzą, że promieniowanie dobiegające do Ziemi ma wyższą energię (o częstotliwościach przesuniętych w kierunku niebieskiej części widma), co może być interpretowane jako przejaw działania ciemnej energii.

Przestrzeń kosmiczna – przestrzeń poza obszarem ziemskiej atmosfery. Za granicę pomiędzy atmosferą a przestrzenią kosmiczną przyjmuje się umownie wysokość 100 km nad powierzchnią Ziemi, gdzie przebiega umowna linia Kármána. Ściśle wytyczonej granicy między przestrzenią powietrzną a przestrzenią kosmiczną nie ma. Fizycy przyjmują 80–100 km.NASA (National Aeronautics and Space Administration) (pl. Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej) – agencja rządu Stanów Zjednoczonych odpowiedzialna za narodowy program lotów kosmicznych, ustanowiona 29 lipca 1958 r. na mocy National Aeronautics and Space Act, zastępując poprzednika – National Advisory Committee for Aeronautics. Jest wydziałem Departamentu Obrony USA i jest mu bezpośrednio podległa.

Istnieją liczne hipotezy na temat pochodzenia i natury ciemnej energii. W jednej rozważana jest energia próżni, w innej nieznane pole sił (pole kwantowe zwane kwintesencją).

Dwiema zaproponowanymi formami ciemnej energii są stała kosmologiczna i kwintesencja. Pierwsza z nich jest statyczna, druga dynamiczna. Rozróżnienie pomiędzy tymi dwiema formami wymaga bardzo dokładnych pomiarów ekspansji Wszechświata, które dałyby obraz zmiany tempa ekspansji z czasem. Obecnie jest to jedno z czołowych zadań kosmologii obserwacyjnej.

Kształt Wszechświata jest jednym z zakresów zainteresowania kosmologii. Kosmologowie i astronomowie rozumieją przez to pojęcie zarówno lokalną geometrię jak i geometrię całości Wszechświata. Geometria globalna w skrócie zwana jest topologią, chociaż ściśle rzecz biorąc wybiega poza dziedzinę topologii.Model Lambda-CDM (Λ-CDM, ang. Lambda-cold dark matter) – jeden z najpowszechniej uznawanych modeli kosmologicznych. Jego nazwa pochodzi od dwóch głównych składników Wszechświata: stałej kosmologicznej (oznaczanej przez Λ) i zimnej ciemnej materii. Model ten wyjaśnia mikrofalowe promieniowanie tła (CMB), obserwowaną strukturę wielkoskalową oraz przyspieszanie ekspansji Wszechświata.

Używając stałej kosmologicznej w modelu standardowej teorii kosmologii (metryka FLRW) otrzymuje się obecnie dominujący model kosmologiczny, znany jako convergence model czy Model Lambda-CDM, pomimo że aspekt CDM, tzn. że ciemna materia jest zimna, jest mniej testowany niż aspekty geometryczne.

Hipoteza istnienia ciemnej energii nie jest jak dotąd powszechnie zaakceptowana w środowisku astrofizyków. Część teoretyków uważa, że niewyjaśnione dotąd przyspieszenie rozszerzania się Wszechświata wynika z niedokładności grawitacyjnej części ogólnej teorii względności, którą uznaje się jako ekstrapolację teorii grawitacji, zgodnej z danymi eksperymentalnymi z Układu Słonecznego. Jednakże wszystkie dotychczasowe próby korygowania ogólnej teorii względności są albo matematycznie tożsame z teorią kwintesencji, albo nie zgadzają się z obserwacjami.

Astronomia rentgenowska – dział astronomii zajmujący się rejestracją i analizą promieniowania rentgenowskiego pochodzącego z kosmosu. Zakres energii obserwowanych fotonów promieniowania X zawiera się w przedziale od 0,1 do 500 keV, co odpowiada długości fali pomiędzy 12 a 2,5 pm.Ciemne promieniowanie – hipotetyczna forma promieniowania emitowana przez ciemną materię. Promieniowanie tego typu oddziałuje tylko na ciemną materię i zachowuje się podobnie jak oddziaływanie elektromagnetyczne, a jego siła może wynosić nawet do ok. 1% oddziaływania elektromagnetycznego.

Przesłanki obserwacyjne[ | edytuj kod]

Oprócz coraz dokładniejszych danych z przeglądów supernowych typu Ia, na istnienie przyspieszonej ekspansji Wszechświata wskazują również obserwacje:

  • mikrofalowego promieniowania tła,
  • gromad galaktyk,
  • wielkoskalowej struktury Wszechświata,
  • soczewkowanie grawitacyjne.
  • Rozkład i amplitudy maksimów w widmie mocy oscylacji akustycznych mikrofalowego promieniowania tła potwierdzają z dobrą dokładnością, że Wszechświat jest płaski, tzn. suma gęstości masy-energii w stosunku do gęstości krytycznej wynosi 1. Z kolei sama gęstość materii, włączając bariony oraz ciemną materię, wynosi jedynie około 30% gęstości krytycznej, na co wskazują obserwacje barionowych oscylacji akustycznych i rozkładu struktur wielkoskalowych, a zatem gęstość ciemnej energii musi stanowić pozostałe 70%. Należy podkreślić, że wynik ten otrzymuje się dopasowując skomplikowany model kosmologiczny, mający niemal 20 swobodnych parametrów. Wynik ten jest jednak całkowicie niezależny od wyniku obserwacji supernowych.

    Świeca standardowa – obiekt astronomiczny o znanej absolutnej wielkości gwiazdowej. Porównując znaną jasność absolutną z jasnością pozorną (obserwowaną) możemy wyznaczyć odległość do takiego obiektu, korzystając z zależności:Fale grawitacyjne w ogólnej teorii względności – przemieszczająca się z prędkością światła zmarszczka w czasoprzestrzeni. W mechanice nierelatywistycznej fala ta objawia się jako rozchodzące się drgania pola grawitacyjnego. Źródłem fal grawitacyjnych jest ciało poruszające się z przyspieszeniem. Do uzyskania obserwowalnych efektów ciało musi mieć bardzo duże przyspieszenie i ogromną masę. Obiekt emitujący fale traci energię, która unoszona jest w postaci promieniowania. Kwantem promieniowania grawitacyjnego jest grawiton, hipotetyczna cząstka.

    Przeglądy gromad galaktyk również umożliwiają określenie pewnych ograniczeń na historię ekspansji Wszechświata, ponieważ rozkład ich przesunięć ku czerwieni i rozkład mas (inaczej mówiąc, prawdopodobieństwo, że gromada o danej masie i przesunięciu ku czerwieni zostanie zaobserwowana) jest funkcją parametrów kosmologicznych. Obserwablami w tym wypadku mogą być jasność rentgenowska gromady, a także efekt Suniajewa-Zeldowicza.

    Astrofizyka – dziedzina nauki leżąca na pograniczu fizyki i astronomii, zajmująca się badaniem procesów fizycznych w skali astronomicznej oraz budową i prawami rządzącymi obiektami astronomicznymi. Tematem badań astrofizyki są procesy fizyczne we Wszechświecie dotyczące takich obiektów jak gwiazdy, galaktyki, materia międzygwiezdna oraz ich wzajemne oddziaływanie.Kosmologia obserwacyjna jest działem astronomii, a dokładnie astrofizyki. Zajmuje się badaniem Wszechświata, jego kształtu i ewolucji (do największej możliwej skali, po horyzont cząstek). Kosmologia obserwacyjna bazuje na kosmologii teoretycznej, tworzącej formalizmy matematyczne w postaci matematycznych modeli Wszechświata.

    Pomiar rozkładu ciemnej materii i jej ewolucji w czasie jest możliwy ponadto dzięki zjawisku słabego soczewkowania grawitacyjnego, które polega na zniekształcaniu obrazów odległych galaktyk wskutek zakrzywienia ich światła przy przechodzeniu przez wielkoskalową strukturę. Potencjalnym uzupełnieniem tej metody może być pomiar słabego soczewkowania anizotropii mikrofalowego promieniowania tła.

    Wielki Wybuch (ang. Big Bang) – model ewolucji Wszechświata uznawany za najbardziej prawdopodobny. Według tego modelu ok. 13,772 (±0,059) mld lat temu dokonał się Wielki Wybuch – z bardzo gęstej i gorącej osobliwości początkowej wyłonił się Wszechświat (przestrzeń, czas, materia, energia i oddziaływania).Energia gr. ενεργεια (energeia) – skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca stan układu fizycznego (materii) jako jego zdolność do wykonania pracy.

    Dodatkowo, do opracowania dokładniejszego diagramu Hubble’a, oprócz supernowych typu Ia, jako świece standardowe proponowane są również błyski gamma, a także fale grawitacyjne emitowane przez układy podwójne zlewających się gwiazd neutronowych i czarnych dziur – jako tzw. „standardowe syreny”.

    Gromada galaktyk – skupisko od kilkudziesięciu do kilku tysięcy galaktyk tworzących układ związany grawitacyjnie. Mniejsze ugrupowania nazywane są grupami. Galaktyki w gromadzie galaktyk poruszają się po skomplikowanych torach wokół środka masy gromady, zazwyczaj znajdującego się w pobliżu największych galaktyk w gromadzie. Prędkości galaktyk w małych grupach galaktyk są rzędu 200 km/s, ale rosną do prędkości rzędu 800 km/s w dużych gromadach galaktyk.Ujemne ciśnienie - właściwość hipotetycznej fałszywej próżni, która ma wywierać niższe ciśnienie od próżni zwyczajnej. Pojęcie ujemnego ciśnienie jest sprzeczne z intuicją. Ciśnienie próżni jest zależne od energii próżni, która poprzez tensor napięć-energii wytwarza grawitację. Przejawem ujemnego ciśnienia byłaby siła antygrawitacji. W teorii inflacji kosmologicznej zakłada się, że kiedyś Wszechświat wypełniała fałszywa próżnia posiadająca ujemne ciśnienie. To ujemne ciśnienie zadziałało jak ogromna siła rozprężająca, która doprowadziła do wykładniczego wzrostu objętości Wszechświata.


    Podstrony: 1 [2] [3]




    Warto wiedzieć że... beta

    Soczewkowanie grawitacyjne – zakrzywienie promieni świetlnych w polu grawitacyjnym masywnego ciała niebieskiego prowadzące do ich skupienia. Efektem soczewkowania grawitacyjnego jest obserwowane pojaśnienie źródła oraz pojawianie się pozornych ciał niebieskich – obrazów ciał rzeczywistych.
    Supernowa – w astronomii termin określający kilka rodzajów kosmicznych eksplozji, które powodują powstanie na niebie niezwykle jasnego obiektu, który już po kilku tygodniach bądź miesiącach staje się niemal niewidoczny. Istnieją dwie możliwe drogi prowadzące do takiego wybuchu: w jądrze masywnej gwiazdy przestały zachodzić reakcje termojądrowe i pozbawiona ciśnienia promieniowania gwiazda zaczyna zapadać się pod własnym ciężarem, lub też biały karzeł tak długo pobierał masę z sąsiedniej gwiazdy, aż przekroczył masę Chandrasekhara, co spowodowało eksplozję termojądrową. W obydwu przypadkach, następująca eksplozja supernowej z ogromną siłą wyrzuca w przestrzeń większość lub całą materię gwiazdy. Utworzona w ten sposób mgławica jest bardzo nietrwała i ulega całkowitemu zniszczeniu już po okresie kilkudziesięciu tysięcy lat, znikając zupełnie bez śladu. Z tego powodu w Drodze Mlecznej znamy obecnie zaledwie 265 pozostałości po supernowych, choć szacunkowa liczba tego rodzaju wybuchów w ciągu ostatnich kilku miliardów lat jest rzędu wielu milionów.
    Library of Congress Control Number (LCCN) – numer nadawany elementom skatalogowanym przez Bibliotekę Kongresu wykorzystywany przez amerykańskie biblioteki do wyszukiwania rekordów bibliograficznych w bazach danych i zamawiania kart katalogowych w Bibliotece Kongresu lub u innych komercyjnych dostawców.
    Ogólna teoria względności (OTW) – popularna nazwa teorii grawitacji formułowanej przez Alberta Einsteina w latach 1907–1915, a opublikowanej w roku 1916.
    arXiv (duże X w nazwie reprezentuje grecką literę χ (chi), nazwę należy więc czytać ‘archiv’) – elektroniczne archiwum naukowych preprintów. Gromadzi artykuły z następujących dziedzin: fizyki z astronomią, matematyki, informatyki, statystyki i biologii (quantitative biology) i matematyki finansowej. Archiwum powstało w roku 1991 w Los Alamos National Laboratory, początkowo dostępne było pod adresem xxx.lanl.gov. Obecnie funkcjonuje przy Uniwersytecie Cornella.
    Czarna dziura – obszar czasoprzestrzeni, którego, z uwagi na wpływ grawitacji, nic, łącznie ze światłem, nie może opuścić. Zgodnie z ogólną teorią względności, do jej powstania niezbędne jest nagromadzenie dostatecznie dużej masy w odpowiednio małej objętości. Czarną dziurę otacza matematycznie zdefiniowana powierzchnia nazywana horyzontem zdarzeń, która wyznacza granicę bez powrotu. Nazywa się ją "czarną", ponieważ pochłania całkowicie światło trafiające w horyzont, nie odbijając niczego, zupełnie jak ciało doskonale czarne w termodynamice. Mechanika kwantowa przewiduje, że czarne dziury emitują promieniowanie jak ciało doskonale czarne o niezerowej temperaturze. Temperatura ta jest odwrotnie proporcjonalna do masy czarnej dziury, co sprawia, że bardzo trudno je zaobserwować w wypadku czarnych dziur o masie gwiazdowej bądź większych.
    Europejska Agencja Kosmiczna (ang. European Space Agency, ESA) – międzynarodowa organizacja krajów europejskich, której celem jest eksploracja i wykorzystanie przestrzeni kosmicznej.

    Reklama