Sastav svemira

Svemir je ogromno i fascinantno mjesto. Kad astronomi razmisle od čega je načinjen, oni mogu najviše usmjeriti na milijarde galaksija koje sadrži. Svaka od njih ima milijune ili milijarde - ili čak bilijune - zvijezda. Mnoge od tih zvijezda imaju planete. Postoje i oblaci plina i prašine.

Između galaksija, gdje se čini da bi bilo vrlo malo "stvari", na nekim mjestima postoje oblaci vrućih plinova, dok su u drugim regijama gotovo prazne praznine. Sve je to materijal koji se može otkriti. Dakle, koliko je teško gledati u kosmos i s razumnom točnošću procijeniti količinu svjetlosne mase (materijal koji možemo vidjeti) u svemir, pomoću radio, infracrveni i rendgen astronomija?

Sada kada astronomi imaju vrlo osjetljive detektore, oni dobro napreduju u otkrivanju mase svemira i onoga što čini tu masu. Ali to nije problem. Odgovori koje dobivaju nemaju smisla. Je li njihova metoda zbrajanja mase pogrešna (nije vjerovatno) ili postoji nešto drugo vani; nešto drugo što ne mogu

Jedan od najvećih dokaza mase svemira je nešto što se naziva kozmička mikrovalna pozadina (CMB). To nije fizička "barijera" ili nešto slično. Umjesto toga, to je stanje ranog svemira koje se može mjeriti pomoću mikrovalnih detektora. CMB datira nedugo nakon Velikog praska i zapravo je pozadinska temperatura svemira. Zamislite to kao toplinu koja se može otkriti u cijelom kozmosu jednako iz svih smjerova. Nije baš poput topline koja silazi sa Sunca ili zrači s planeta. Umjesto toga, riječ je o vrlo niskoj temperaturi izmjerenoj na 2,7 stupnjeva K. Kad astronomi krenu mjeriti ovu temperaturu, vide male, ali važne fluktuacije koje se šire po cijeloj pozadini "topline". Međutim, činjenica da postoji znači da je svemir u osnovi "ravan". To znači da će se zauvijek proširiti.

Dakle, što ta ravna plodnost znači za otkrivanje mase svemira? U osnovi, s obzirom na izmjerenu veličinu svemira, to znači da mora biti dovoljno mase i energije unutar njega da bi bio "ravan". Problem? Pa, kad astronomi zbroje sve "normalna" stvar (poput zvijezda i galaksija, plus plina u svemiru, to je samo oko 5% kritične gustoće koju ravnom svemiru treba ostati ravnomjerno.

To znači da 95 posto svemira još nije otkriveno. Tamo je, ali što je to? Gdje je? Znanstvenici kažu da postoji kao tamna materija i tamna energija.

Masa koju možemo vidjeti naziva se „barionska“ materija. To su planete, galaksije, plinski oblaci i grozdovi. Masa koja se ne može nazvati naziva se tamnom materijom. Također postoji energija (svjetlo) koji se mogu mjeriti; zanimljivo, postoji i takozvana "tamna energija". i nitko nema baš dobru ideju o tome što je to.

Dakle, što čini svemir i u kojim postocima? Ovdje je prikaz trenutnih proporcija mase u svemiru.

Prvo, tu su teški elementi. Oni čine oko 0,03% svemira. Gotovo pola milijarde godina nakon rođenja svemira, jedini elementi koji su postojali bili su vodik i helij. Nisu teški.

Međutim, nakon što su se zvijezde rodile, živjele i umirale, svemir je počeo zasijavati elementima težim od vodika i helija koji su "skuhani" unutar zvijezda. To se događa kada zvijezde spajaju vodik (ili druge elemente) u svojim jezgrama. Stardeath širi sve te elemente u svemir kroz planetarne maglice ili eksplozije supernove. Jednom kad se rasuju u svemir. oni su osnovni materijal za izgradnju sljedećih generacija zvijezda i planeta.

To je, međutim, spor proces. Čak i gotovo 14 milijardi godina nakon njegovog stvaranja, jedini mali dio mase svemira sastoji se od elemenata težih od helija.

Neutrini su također dio svemira, iako ga ima samo oko 0,3 posto. Nastaju tijekom procesa nuklearne fuzije u jezgrama zvijezda, neutrini su gotovo bezmasne čestice koje putuju gotovo brzinom svjetlosti. Zajedno s nedostatkom naboja, njihove malene mase znače da ne stupaju u interakciju s masom, osim izravnog utjecaja na jezgro. Mjerenje neutrina nije lak zadatak. No, to je omogućilo znanstvenicima da dobiju dobre procjene stope nuklearne fuzije našeg Sunca i drugih zvijezda, kao i procjenu ukupne neutrinske populacije u svemiru.

Kad zvijezde zaviruju u noćno nebo, većina onoga što vide su zvijezde. Oni čine oko 0,4 posto svemira. Ipak, kad ljudi pogledaju čak i vidljivu svjetlost iz drugih galaksija, većina onoga što vide su zvijezde. Čini se čudnim da oni čine samo mali dio svemira.

Što je više od zvijezda i neutrina? Ispada da plinovi od četiri posto čine mnogo veći dio kozmosa. Obično zauzimaju prostor između zvijezde, a po tom pitanju, prostor između cijelih galaksija. Međuzvjezdani plin, koji je uglavnom samo slobodni elementarni vodik i helij, čini većinu mase u svemiru koju je moguće izravno mjeriti. Ti se plinovi otkrivaju pomoću instrumenata osjetljivih na radio, infracrvenu i rendgensku valnu duljinu.

Tamna materija

Druga najzastupljenija "stvar" svemira je nešto što još nitko nije vidio kako bi otkrilo. Ipak, on čini oko 22 posto svemira. Znanstvenici koji analiziraju pokret (rotacija) galaksija, kao i interakcija galaksija u galaksijama, utvrdili su da sav prisutni plin i prašina nisu dovoljni za objašnjenje pojave i kretanja galaksija. Ispada da 80 posto mase u tim galaksijama mora biti "tamno". Odnosno, to se ne može otkriti u bilo koji valna duljina svjetlosti, radio kroz gama zračenja. Zbog toga se ta „stvar“ naziva „tamna materija“.

Identitet ove misteriozne mase? Nepoznata. Najbolji kandidat je hladna tamna tvar, za koje se teoretizira da je čestica slična neutrinu, ali s mnogo većom masom. Smatra se da su te čestice, često poznate i kao slabo interaktivne masivne čestice (WIMP) nastali su od toplinskih interakcija u ranoj fazi galaksija formacije. Međutim, još uvijek nismo uspjeli izravno ili neizravno otkriti tamnu tvar ili je stvoriti u laboratoriju.

Najbrojnija masa svemira nisu tamne materije ili zvijezde ili galaksije ili oblaci plina i prašine. To je nešto što se zove "tamna energija" i čini 73 posto svemira. Zapravo, tamna energija uopće nije (vjerojatno) čak ni masivna. Zbog čega je njegova kategorizacija "mase" pomalo zbunjujuća. Pa, što je to? Vjerojatno je riječ o vrlo čudnom svojstvu prostora-vremena, ili možda čak o neobjašnjivom (dosad) energetskom polju koje prožima cijeli svemir. Ili to nije ni jedno ni drugo. Nitko ne zna. Samo će vrijeme, puno i puno više podataka reći.

Uredio i ažurirao korisnik Carolyn Collins Petersen.