Zloženie vesmíru

Vesmír je obrovské a fascinujúce miesto. Keď astronómovia uvažujú o tom, z čoho sú vyrobené, môžu najpriamejšie poukázať na miliardy galaxií, ktoré obsahuje. Každá z nich má milióny alebo miliardy hviezd. Mnoho z týchto hviezd má planéty. Existujú tiež oblaky plynu a prachu.

Medzi galaxiami, kde sa zdá, že by existovalo veľmi málo „vecí“, sa na niektorých miestach nachádzajú oblaky horúcich plynov, zatiaľ čo iné oblasti sú takmer prázdne. Všetko to je materiál, ktorý je možné zistiť. Ako ťažké teda môže byť nahliadnuť do vesmíru a odhadnúť s primeranou presnosťou množstvo svetelnej hmoty (materiál, ktorý vidíme) v vesmír, použitím rádio, infračervené a röntgenový astronómie?

Teraz, keď majú astronómovia vysoko citlivé detektory, robia veľké pokroky v zisťovaní hmotnosti vesmíru a toho, čo túto hmotu tvorí. Ale to nie je problém. Odpovede, ktoré dostávajú, nedávajú zmysel. Je ich spôsob spočítania hmoty nesprávny (nepravdepodobný) alebo je tam niečo iné? niečo iné, čo nemôžu

Jedným z najväčších dôkazov o hmotnosti vesmíru je niečo, čo sa nazýva kozmické mikrovlnné pozadie (CMB). Nejde o fyzickú „bariéru“ alebo niečo také. Namiesto toho je to stav raného vesmíru, ktorý je možné merať pomocou mikrovlnných detektorov. CMB sa datuje krátko po Veľkom tresku a je vlastne teplotou pozadia vesmíru. Predstavte si to ako teplo, ktoré je možné zistiť vo vesmíre rovnako zo všetkých smerov. Nie je to presne ako teplo vychádzajúce zo Slnka alebo vyžarujúce z planéty. Namiesto toho je to veľmi nízka teplota meraná pri 2,7 stupňa K. Keď astronómovia merajú túto teplotu, vidia malé, ale dôležité fluktuácie, ktoré sa šíria v tomto „horúcom prostredí“. Skutočnosť, že existuje, však znamená, že vesmír je v podstate „plochý“. To znamená, že sa bude navždy rozširovať.

Čo znamená táto rovinnosť na zistenie hmotnosti vesmíru? V podstate, vzhľadom na zmeranú veľkosť vesmíru, to znamená, že v ňom musí byť dostatok hmoty a energie, aby bol „plochý“. Problém? Keď astronómovia spočítajú všetky „normálna“ hmota (ako sú hviezdy a galaxie plus plyn vo vesmíre, to je len asi 5% kritickej hustoty, ktorú musí byt 'plochý vesmír).

To znamená, že 95 percent vesmíru ešte nebolo odhalených. Je to tam, ale čo to je? Kde to je? Vedci tvrdia, že existuje ako temná hmota a temná energia.

Hmota, ktorú vidíme, sa nazýva „baryonická“ hmota. Sú to planéty, galaxie, oblaky plynu a zhluky. Hmota, ktorú nemožno vidieť, sa nazýva temná hmota. K dispozícii je tiež energia (svetlo), ktoré možno merať; zaujímavé je, že existuje aj takzvaná „temná energia“. a nikto nemá veľmi dobrú predstavu o tom, čo to je.

Čo teda tvorí vesmír a v akom percentuálnom vyjadrení? Tu je rozpis súčasných podielov hmoty vo vesmíre.

Najprv sú to ťažké prvky. Tvoria asi ~ 0,03% vesmíru. Takmer pol miliardy rokov po narodení vesmíru boli jediné prvky, ktoré existovali, vodík a hélium.

Avšak potom, čo sa hviezdy narodili, prežili a zomreli, vesmír začal byť naočkovaný prvkami ťažšími ako vodík a hélium, ktoré boli „uvarené“ vnútri hviezd. To sa stáva, keď hviezdy vo svojich jadrách spájajú vodík (alebo iné prvky). Stardeath rozširuje všetky tieto prvky do vesmíru prostredníctvom planétových hmlovín alebo výbuchov supernovy. Akonáhle sú rozptýlené do vesmíru. sú vynikajúcim materiálom pre budovanie ďalších generácií hviezd a planét.

Toto je však pomalý proces. Dokonca aj takmer 14 miliárd rokov po jeho vytvorení je iba malá časť hmoty vo vesmíre zložená z prvkov ťažších ako hélium.

Neutrína sú tiež súčasťou vesmíru, hoci len asi 0,3 percenta z nich. Vznikajú počas procesu jadrovej fúzie v jadrách hviezd, neutrína sú takmer bezhmotné častice, ktoré sa pohybujú takmer rýchlosťou svetla. V spojení s nedostatkom náboja ich malé hmotnosti znamenajú, že s hmotou neinteragujú ľahko, s výnimkou priameho dopadu na jadro. Meranie neutrín nie je ľahká úloha. Vedcom to umožnilo získať dobré odhady rýchlosti jadrovej fúzie nášho Slnka a ďalších hviezd, ako aj odhad celkovej populácie neutrín vo vesmíre.

Keď hviezdni hostia nahliadajú na nočnú oblohu, väčšina z toho, čo vidia, sú hviezdy. Tvoria asi 0,4 percent vesmíru. Keď sa však ľudia pozerajú na viditeľné svetlo pochádzajúce z iných galaxií, väčšinou to, čo vidia, sú hviezdy. Zdá sa čudné, že tvoria iba malú časť vesmíru.

Čo je viac, hojnejšie ako hviezdy a neutrína? Ukazuje sa, že štyri percentá tvoria plyny oveľa väčšiu časť vesmíru. Zvyčajne zaberajú priestor medzi hviezd, a na to príde, priestor medzi celými galaxiami. Medzihviezdny plyn, ktorý je väčšinou iba voľným elementárnym vodíkom a héliom, tvorí väčšinu hmoty vo vesmíre, ktorú je možné priamo zmerať. Tieto plyny sa zisťujú pomocou prístrojov citlivých na rádiové, infračervené a röntgenové vlnové dĺžky.

Temná hmota

Druhé najhojnejšie „veci“ vesmíru sú niečo, čo nikto nevidel inak odhalený. Napriek tomu tvorí asi 22 percent vesmíru. Vedci analyzujúci pohyb (otáčania) galaxií, ako aj interakciu galaxií v klastroch galaxií zistili, že všetok prítomný plyn a prach nestačí na vysvetlenie vzhľadu a pohybu galaxií. Ukazuje sa, že 80 percent hmotnosti v týchto galaxiách musí byť „tmavých“. To znamená, že to nie je možné zistiť akýkoľvek vlnová dĺžka svetla, rádiové gama. Preto sa tento „materiál“ nazýva „temná hmota“.

Identita tejto tajomnej omše? Neznáme. Najlepším kandidátom je studená temná hmota, ktorý je považovaný za časticu podobnú neutrínu, ale s oveľa väčšou hmotnosťou. Predpokladá sa, že tieto častice, často známe ako slabo interagujúce masívne častice (WIMP) vznikli z tepelných interakcií na začiatku galaxie útvary. Doteraz sme však neboli schopní zistiť temnú hmotu, priamo ani nepriamo, ani ju vytvoriť v laboratóriu.

Najhojnejšou hmotou vesmíru nie sú tmavá hmota alebo hviezdy alebo galaxie alebo oblaky plynu a prachu. Je to niečo, čo sa nazýva „temná energia“ a tvorí 73 percent vesmíru. V skutočnosti temná energia vôbec nie je (pravdepodobne) ani masívna. Čo robí jeho klasifikáciu „masy“ trochu mätúcou. Čo je to? Možno je to veľmi zvláštna vlastnosť časopriestoru, alebo možno aj nejaké nevysvetlené (doteraz) energetické pole, ktoré preniká celým vesmírom. Alebo to nie je nič z toho. Nikto nevie. Povie to iba čas a veľa a oveľa viac údajov.

Upravené a aktualizované používateľom Carolyn Collins Petersen.