Ciemna materia

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 zwykła materiamiędzygalaktyczny gaz oraz gwiazdy

Ciemna materia (ang. dark matter) – hipotetyczna materia nieemitująca i nieodbijająca promieniowania elektromagnetycznego. Jej istnienie zdradzają jedynie wywierane przez nią efekty grawitacyjne. Według danych zebranych na podstawie obserwacji dużych struktur kosmicznych, interpretowanych w kategoriach równań Friedmana i metryki Friedmana-Lemaître'a-Robertsona-Walkera, ciemna materia to ok. 27% bilansu masy-energii Wszechświata, obok materii zwykłej (widzialnej) i dominującej 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.Mechanika klasyczna – dział mechaniki w fizyce opisujący ruch ciał (kinematyka), wpływ oddziaływań na ruch ciał (dynamika) oraz badaniem równowagi ciał materialnych (statyka). Mechanika klasyczna oparta jest na prawach ruchu (zasadach dynamiki) sformułowanych przez Isaaca Newtona, dlatego też jest ona nazywana „mechaniką Newtona” (Principia). Mechanika klasyczna wyjaśnia poprawnie zachowanie się większości ciał w naszym otoczeniu.

Postulat istnienia ciemnej materii jest obecnie dominującym wytłumaczeniem obserwowanych anomalii w rotacji galaktyk oraz ruchu galaktyk w gromadach, ale nadal materia ta nie została odkryta, a jej natura pozostaje nieznana. Proponowane są także inne, obecnie mniej popularne teorie starające się wyjaśniać fakty obserwacyjne, takie jak zmodyfikowana dynamika newtonowska i inne teorie zmodyfikowanej grawitacji, między innymi grawitacja kwantowa czy kontrowersyjna teoria MiHsC.

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.GLAST (ang. Gamma-ray Large Area Space Telescope) – kosmiczne obserwatorium promieniowania gamma, będące wspólnym przedsięwzięciem NASA, Departamentu Energii USA oraz agencji rządowych z Francji, Niemiec, Włoch, Japonii i Szwecji. Od 26 sierpnia 2008 oficjalną nazwą tego satelity jest Fermi GST (ang. Gamma-ray Space Telescope), na cześć włoskiego fizyka Enrico Fermiego.

Historia[ | edytuj kod]

Gromada galaktyk Abell 520 (kolor niebieski – ciemna materia, kolor różowy – gorący gaz)

W 1933 roku Fritz Zwicky zauważył, że galaktyki należące do gromady Coma poruszają się tak szybko, że biorąc pod uwagę oddziaływanie grawitacyjne jedynie widzialnej materii, niektóre z galaktyk powinny być wyrzucone z gromady. Jego wyliczenia wskazywały, że większość masy gromady musi być skoncentrowana w jakiejś niewidzialnej, ciemnej materii. Do podobnych wniosków doszedł Sinclair Smith z Mount Wilson Observatory na podstawie obserwacji gromady w Pannie. Początkowe obserwacje i wnioski z nich wynikające były obarczone szeregiem niepewności i ograniczeń, a obserwacje Zwicky'ego i Smitha nie przekonały środowiska naukowego.

Wielki Zderzacz Hadronów, LHC (z ang. Large Hadron Collider) – największy na świecie akcelerator cząstek (hadronów), znajdujący się w Europejskim Ośrodku Badań Jądrowych CERN w pobliżu Genewy. LHC jest położony na terenie Francji oraz Szwajcarii.Ciemna energia – w kosmologii jest hipotetyczną formą energii, która wypełnia całą przestrzeń i wywiera na nią ujemne ciśnienie, wywołując rozszerzanie 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.

W latach 70. i 80. XX wieku liczne obserwacje, zwłaszcza krzywych rotacji galaktyk przeprowadzone przez Verę Rubin i współpracowników wykazały, że masa obserwowanej materii we Wszechświecie jest niewystarczająca, aby wytłumaczyć istniejące siły grawitacji wewnątrz galaktyk i pomiędzy nimi. W szczególności gwiazdy na obrzeżach galaktyk poruszają się znacznie szybciej, niż wynikałoby to z przyciągania przez obserwowaną materię.

Mordechaj Milgrom (hebr.) מרדכי מילגרום (ur. 1946 w Jassach) – izraelski fizyk. Jest profesorem Instytutu Weizmana w zakładzie Fizyki Materii Skondensowanej. Abell 520 – gromada galaktyk znajdująca się w gwiazdozbiorze Oriona w odległości około 2,4 miliarda lat świetlnych. Gromada ta powstała w wyniku gwałtownego zderzenia i połączenia się ze sobą masywnych gromad galaktyk.

Tę sytuację próbowano tłumaczyć m.in. zakładając, że grawitacja na dużych odległościach działa inaczej, niż to wynika z mechaniki klasycznej (patrz MOND), albo że galaktyki otacza niewidoczne dla nas halo, zawierające brakującą masę.

Początkowo termin „ciemna materia” był bardzo kontrowersyjny, gdyż sprawiał wrażenie typowej hipotezy stworzonej ad hoc. Obserwacje soczewkowania grawitacyjnego umożliwiły z czasem określenie prawdopodobnego rozkładu nieobserwowanej materii, co przekonało do jej istnienia większość środowiska naukowego.

Dane obserwacyjne[ | edytuj kod]

Istnieje pięć detektorów ciemnej materii, do tej pory jednak bezpośrednio nie zaobserwowano żadnych cząstek ciemnej materii.

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.Anihilacja (z łac. annihilatio – unicestwienie, od nihil – nic) – proces prowadzący do całkowitej destrukcji materii posiadającej masę. W fizyce anihilacją nazywamy oddziaływanie cząstki z odpowiadającą jej antycząstką, podczas którego cząstka i antycząstka zostają zamienione na fotony (zasada zachowania pędu nie dopuszcza możliwości powstania jednego fotonu – zawsze powstają co najmniej dwa) o sumarycznej energii równoważnej masom cząstki i antycząstki, zgodnie ze wzorem Einsteina: E=mc² (zobacz: Szczególna teoria względności).

Za jeden z dowodów jej istnienia przyjmuje się dane obserwacyjne gromady galaktyk Pocisk, opublikowane w sierpniu 2006. Obok miejsca zderzenia dwóch gromad galaktyk znajdują się obszary soczewkujące grawitacyjnie, w których nie znajdują się gwiazdy ani gaz. Zawierają one prawdopodobnie materię nieoddziałującą ze zwykłą materią, która nie została wyhamowana w czasie zderzenia.

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.Mechanika kwantowa (teoria kwantów) – teoria praw ruchu obiektów świata mikroskopowego. Poszerza zakres mechaniki na odległości czasoprzestrzenne i energie, dla których przewidywania mechaniki klasycznej nie sprawdzały się. Opisuje przede wszystkim obiekty o bardzo małych masach i rozmiarach - np. atom, cząstki elementarne itp. Jej granicą dla średnich rozmiarów lub średnich energii czy pędów jest mechanika klasyczna.

Ograniczeń na zawartość ciemnej materii we Wszechświecie opisanym standardowym modelem kosmologicznym dostarczają dane z obserwacji mikrofalowego promieniowania tła z satelitów WMAP i Planck, w połączeniu z danymi o odległościach uzyskanych z obserwacji supernowych typu Ia oraz danymi o wielkoskalowej strukturze Wszechświata na podstawie obserwacji rentgenowskich gromad galaktyk dokonanych przez satelity Chandra i ROSAT.

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.Europejska Organizacja Badań Jądrowych CERN (fr. Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) – ośrodek naukowo-badawczy położony na północno-zachodnich przedmieściach Genewy na granicy Szwajcarii i Francji, pomiędzy Jeziorem Genewskim, a górskim pasmem Jury. Obecnie do organizacji należy dwadzieścia państw. CERN zatrudnia 2600 stałych pracowników oraz około 8000 naukowców i inżynierów reprezentujących ponad 500 instytucji naukowych z całego świata. Najważniejszym narzędziem ich pracy jest największy na świecie akcelerator cząstek – Wielki Zderzacz Hadronów.

Oprócz danych obserwacyjnych pośrednio świadczących o istnieniu ciemnej materii, istnieją także dane obserwacyjne przeczące teoriom o istnieniu i rozmieszczeniu ciemnej materii. Badania wskazują, że ciemna materia nie jest obecna w naszej części Drogi Mlecznej, jak przewiduje to teoria opisująca wpływ ciemnej materii na prędkość rotacji gwiazd w Galaktyce. Według teorii przewidujących istnienie ciemnej materii, w części Galaktyki, w której znajduje się nasze Słońce, powinno znajdować się pomiędzy 0,4 a 1 kg ciemnej materii w przestrzeni równej objętości Ziemi. Według badań European Southern Observatory (ESO) faktyczna zawartość ciemnej materii wynosi 0,00 ± 0,07 kg w objętości o rozmiarach Ziemi, co kwestionuje współcześnie znane modele ciemnej materii.

Teleskop kosmiczny Chandra (ang. Chandra X-ray Observatory, CXO) – teleskop kosmiczny pracujący w zakresie promieni rentgenowskich, wyniesiony na orbitę przez prom kosmiczny Columbia 23 lipca 1999 roku podczas misji STS-93.Fluktuacje kwantowe – chwilowe zmiany ilości energii w pewnym punkcie przestrzeni. Możliwość istnienia kwantowych fluktuacji jest konsekwencją zasady nieoznaczoności.


Podstrony: 1 [2] [3] [4]




Warto wiedzieć że... beta

Bariony – w fizyce cząstek elementarnych rodzina cząstek elementarnych silnie oddziałujących fermionów (o spinie połówkowym). Bariony są podrodziną cząstek silnie oddziałujących nazywanej hadronami. Barionem jest proton czy neutron wspólnie nazywane nukleonami.
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).
Proton, p (z gr. πρῶτον – "pierwsze") − trwała cząstka subatomowa z grupy barionów o ładunku +1 i masie spoczynkowej równej ok. 1 u.
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.
Aksjon – hipotetyczna cząstka subatomowa zaproponowana w teorii Peccei–Quinn w 1977, żeby wyjaśnić zachowanie symetrii CP w oddziaływaniach silnych, czyli m.in. brak momentu dipolowego neutronu. Nie mają ładunku elektrycznego ani spinu.
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.

Reklama