Universumin koostumus

Universumi on laaja ja kiehtova paikka. Kun tähtitieteilijät pohtivat siitä, mistä se on tehty, he voivat osoittaa suoreimmin sen sisältämiin miljardeihin galakseihin. Jokaisella niistä on miljoonia tai miljardeja - tai jopa biljoonia - tähtiä. Monilla näistä tähtiä on planeettoja. Siellä on myös kaasu- ja pölypilviä.

Galaksien välissä, joissa näyttää siltä, ​​että siellä olisi vain vähän "tavaraa", joissain paikoissa on kuumien kaasujen pilviä, kun taas toisilla alueilla on melkein tyhjiä tyhjiöitä. Kaikki tämä on materiaalia, joka voidaan havaita. Joten kuinka vaikeaa voi olla katsoa ulos kosmosta ja arvioida kohtuullisella tarkkuudella valon massan (näkemän materiaalin) määrä universumi, käyttämällä radio, infrapuna ja röntgen tähtitiede?

Nyt kun tähtitieteilijöillä on erittäin herkkiä ilmaisimia, he tekevät suuria edistysaskeleita maailmankaikkeuden massan ja sen muodostavan kappaleen selvittämisessä. Mutta se ei ole ongelma. Vastauksilla, joita he saavat, ei ole järkeä. Onko heidän menetelmä yhdistää massa väärin (ei todennäköisesti) vai onko siellä jotain muuta? jotain muuta, mitä he eivät voi

Yksi suurimmista todisteista maailmankaikkeuden massalle on jotain, jota kutsutaan kosmiseksi mikroaaltotaustaksi (CMB). Se ei ole fyysinen "este" tai mitään sellaista. Sen sijaan se on varhaisen maailmankaikkeuden tila, joka voidaan mitata mikroaaltoilmaisimilla. CMB juontaa juurensa pian ison iskun jälkeen ja on itse asiassa maailmankaikkeuden taustalämpötila. Ajattele sitä lämmönä, joka on havaittavissa koko kosmossa tasapuolisesti kaikista suunnista. Se ei ole aivan kuin auringon poistuva tai planeetalta säteilevä lämpö. Sen sijaan se on erittäin matala lämpötila mitattuna 2,7 asteeseen K. Kun tähtitieteilijät menevät mittaamaan tätä lämpötilaa, he näkevät pienet, mutta tärkeät vaihtelut, jotka leviävät koko tämän "lämpö" taustaan. Tosiasia, että se on olemassa, tarkoittaa kuitenkin, että maailmankaikkeus on oleellisesti "litteä". Tämä tarkoittaa, että se laajenee ikuisesti.

Joten mitä tuo tasaisuus tarkoittaa maailmankaikkeuden massan selvittämisessä? Pohjimmiltaan, kun otetaan huomioon maailmankaikkeuden mitattu koko, se tarkoittaa, että siinä on oltava riittävästi massaa ja energiaa, jotta se olisi "tasainen" .Onko ongelma? No, kun tähtitieteilijät lisäävät kaikki "normaali" asia (kuten tähdet ja galaksit sekä maailmankaikkeuden kaasu), joka on vain noin 5% kriittisestä tiheydestä, jonka litteän maailmankaikkeuden on pysyttävä litteänä.

Tämä tarkoittaa, että 95 prosenttia maailmankaikkeudesta ei ole vielä havaittu. Se on siellä, mutta mikä se on? Missä se on? Tutkijat sanovat, että se on olemassa pimeä aine ja tumma energia.

Massaa, jota voimme nähdä, kutsutaan "baryoniseksi" aineeksi. Se on planeettoja, galakseja, kaasupilviä ja klustereita. Massaa, jota ei voida nähdä, kutsutaan tummaksi aineeksi. Siellä on myös energiaa (valo) mitattavissa; mielenkiintoista, että siellä on myös niin kutsuttu "pimeä energia". eikä kukaan tiedä mitä se on.

Joten mikä koostuu maailmankaikkeudesta ja missä prosenttimäärissä? Tässä on erittely nykyisistä massasuhteista maailmankaikkeudessa.

Ensinnäkin on raskaita elementtejä. Ne muodostavat noin ~ 0,03% maailmankaikkeudesta. Lähes puoli miljardia vuotta maailmankaikkeuden syntymästä lähtien ainoat olemassa olevat elementit olivat vety ja helium. Ne eivät ole raskaita.

Tähtien syntymisen, asumisen ja kuolleen jälkeen maailmankaikkeus alkoi kuitenkin kylvää vetyä ja heliumia raskaammilla elementeillä, jotka oli "kypsennetty" tähtiin. Näin tapahtuu, kun tähdet sulavat vetyä (tai muita elementtejä) ytimeensä. Stardeath levittää kaikki nämä elementit avaruuteen läpi planetaaristen sumujen tai supernoova-räjähdysten. Kun ne ovat hajallaan avaruuteen. ne ovat ensisijainen materiaali seuraavien tähti- ja planeetta sukupolvien rakentamiseksi.

Tämä on kuitenkin hidas prosessi. Jopa lähes 14 miljardia vuotta sen luomisesta lähtien ainoa pieni osa maailmankaikkeuden massasta koostuu heliumia raskaammista elementeistä.

Neutriinot ovat myös osa maailmankaikkeutta, vaikka vain noin 0,3 prosenttia siitä. Ne syntyvät ydinfuusioprosessin aikana tähtiytimissä, neutriinot ovat melkein massattömiä hiukkasia, jotka kulkevat melkein valon nopeudella. Yhdessä niiden latauksen puuttumisen kanssa niiden pienet massat tarkoittavat, että ne eivät ole vuorovaikutuksessa helposti massan kanssa paitsi välittömän vaikutuksen ytimeen. Neutriinojen mittaaminen ei ole helppoa. Mutta se on antanut tutkijoille mahdollisuuden saada hyvät arviot aurinkomme ja muiden tähtemme ydinfuusionopeuksista, samoin kuin arvio universumin neutriinoväestöstä.

Kun tähtiäyttelijät vertaistuvat yötaivaalle, suurin osa näkemästä on tähtiä. Ne muodostavat noin 0,4 prosenttia maailmankaikkeudesta. Kun ihmiset katsovat jopa muista galakseista tulevaa näkyvää valoa, suurin osa näkemästään on tähtiä. Vaikuttaa outolta, että ne muodostavat vain pienen osan maailmankaikkeudesta.

Joten mitä on enemmän, runsasta kuin tähdet ja neutriinot? Osoittautuu, että neljällä prosentilla kaasut muodostavat paljon suuremman osan kosmosta. Ne yleensä vievät tilan välillä tähdet, ja tässä suhteessa tila kokonaisten galaksien välillä. Tähtienvälinen kaasu, joka on enimmäkseen vain vapaata alkuainevettä ja heliumia, muodostaa suurimman osan universumin massasta, joka voidaan mitata suoraan. Nämä kaasut tunnistetaan radio-, infrapuna- ja röntgensäteen aallonpituuksille herkillä välineillä.

Pimeä aine

Maailmankaikkeuden toiseksi yleisin "juttu" on jotain, jota kukaan ei ole nähnyt muuten. Silti se muodostaa noin 22 prosenttia maailmankaikkeudesta. Tutkijat analysoivat liikettä (kierto) sekä galaksien klustereiden galaksien vuorovaikutus havaitsi, että kaikki läsnä olevat kaasut ja pöly eivät riitä selittämään galaksien ulkonäköä ja liikkeitä. Osoittautuu, että 80 prosenttia näiden galaksien massasta on oltava "tummaa". Eli se ei ole havaittavissa minkä tahansa valon aallonpituus, radio läpi gamma-ray-. Siksi tätä "tavaraa" kutsutaan "tummaksi aineeksi".

Tämän salaperäisen joukon identiteetti? Tuntematon. Paras ehdokas on kylmä pimeä aine, jonka teorian mukaan on hiukkas, joka on samanlainen kuin neutriino, mutta jolla on paljon suurempi massa. Uskotaan, että nämä hiukkaset, jotka tunnetaan usein nimellä heikosti vuorovaikutuksessa olevat massiiviset hiukkaset (WIMP) syntyi termisestä vuorovaikutuksesta varhaisessa vaiheessa galaksi kokoonpanoissa. Toistaiseksi emme kuitenkaan ole pystyneet havaitsemaan tummaa ainetta suoraan tai epäsuorasti tai luomaan sitä laboratoriossa.

Maailmankaikkeuden runsain massa ei ole tumma aine tai tähdet tai galaksit tai kaasu- ja pölypilvet. Se on jotain nimeltään "tumma energia" ja se muodostaa 73 prosenttia maailmankaikkeudesta. Itse asiassa pimeä energia ei ole (todennäköisesti) edes massiivista. Mikä tekee luokittelustaan ​​"joukko" jonkin verran hämmentävää. Eli mikä se on? Mahdollisesti se on itsensä avaruus-ajan hyvin omituinen ominaisuus tai ehkä jopa jokin selittämätön (toistaiseksi) energiakenttä, joka tunkeutuu koko maailmankaikkeuteen. Tai se ei kumpaakaan niistä. Kukaan ei tiedä. Vain aika, paljon ja paljon muuta tietoa kertoo.

Toimittanut ja päivittänyt Carolyn Collins Petersen.