Състав на Вселената

Вселената е огромно и завладяващо място. Когато астрономите обмислят от какво е направено, те могат да насочат най-директно към милиардите галактики, които съдържа. Всеки от тях има милиони или милиарди - или дори трилиони - звезди. Много от тези звезди имат планети. Има и облаци от газ и прах.

Между галактиките, където изглежда, че би имало много малко „неща“, на някои места има облаци от горещи газове, докато в други региони са почти празни празнини. Всичко това е материал, който може да бъде открит. И така, колко е трудно да погледнем в Космоса и да оценим с разумна точност количеството светеща маса (материалът, който можем да видим) в Вселената, използвайки радио, инфрачервен и Рентгенов астрономия?

Сега, когато астрономите имат силно чувствителни детектори, те постигат голям напредък в намирането на масата на Вселената и какво представлява тази маса. Но това не е проблемът. Отговорите, които получават, нямат смисъл. Грешен ли е методът им за добавяне на масата (не е вероятно) или има нещо друго навън; нещо друго, което не могат

Едно от най-големите доказателства за масата на Вселената е нещо, наречено космически микровълнов фон (CMB). Това не е физическа „бариера“ или нещо подобно. Вместо това е състояние на ранната вселена, което може да бъде измерено с помощта на микровълнови детектори. CMB датира малко след Големия взрив и всъщност е фоновата температура на Вселената. Мислете за това като топлина, която се открива в Космоса еднакво от всички посоки. Не е точно като топлината, която излиза от Слънцето или излъчва от планета. Вместо това е много ниска температура, измерена на 2,7 градуса К. Когато астрономите отиват да измерват тази температура, те виждат малки, но важни колебания, разпространени по целия този фон "топлина". Фактът, че съществува обаче, означава, че Вселената по същество е "плоска". Това означава, че ще се разшири завинаги.

И така, какво означава тази плоскост за намиране на масата на Вселената? По същество, като се има предвид измереният размер на Вселената, това означава, че трябва да има достатъчно маса и енергия в нея, за да я направи "плоска". Проблемът? Е, когато астрономите добавят всички "нормална" материя (като звезди и галактики, плюс газ във Вселената, това е само около 5% от критичната плътност, от която една плоска Вселена трябва да остане плоска.

Това означава, че 95 процента от Вселената все още не е открита. Там е, но какво е това? Къде е? Учените казват, че съществува като тъмна материя и тъмна енергия.

Масата, която можем да видим, се нарича "барионна" материя. Това са планетите, галактиките, газовите облаци и клъстерите. Масата, която не може да се види, се нарича тъмна материя. Има и енергия (светлина) които могат да бъдат измерени; интересното е, че има и така наречената „тъмна енергия“. и никой няма много добра представа какво е това.

И така, какво прави Вселената и в какви проценти? Ето разбивка на текущите пропорции на масата във Вселената.

Първо, там са тежките елементи. Те съставляват около ~ 0,03% от Вселената. Почти половин милиард години след раждането на Вселената единствените съществуващи елементи са водородът и хелият. Те не са тежки.

Въпреки това, след като звездите се раждат, живеят и умират, Вселената започва да се засява с елементи, по-тежки от водорода и хелия, които са „сготвени“ вътре в звездите. Това се случва, когато звездите подпалват водорода (или други елементи) в своите ядра. Stardeath разпространява всички тези елементи в космоса чрез планетни мъглявини или свръхнови експлозии. След като са разпръснати в пространството. те са основен материал за изграждане на следващите поколения звезди и планети.

Това обаче е бавен процес. Дори близо 14 милиарда години след създаването му, единствената малка част от масата на Вселената е съставена от елементи, по-тежки от хелия.

Неутрино също са част от Вселената, въпреки че само около 0,3 процента от нея. Те са създадени по време на процеса на ядрен синтез в ядрата на звездите, неутрино са почти безмасови частици, които пътуват с почти скоростта на светлината. В съчетание с липсата на заряд, техните малки маси означават, че те не взаимодействат лесно с масата, с изключение на прякото въздействие върху ядрото. Измерването на неутрино не е лесна задача. Но, това позволи на учените да получат добри оценки за степента на ядрен синтез на нашето Слънце и други звезди, както и оценка на общото население на неутрино във Вселената.

Когато звездни звезди надничат в нощното небе, повечето от това, което виждате, са звезди. Те съставляват около 0,4 процента от Вселената. И все пак, когато хората гледат на видимата светлина, идваща дори от други галактики, повечето от това, което виждат, са звезди. Странно изглежда, че те съставляват само малка част от Вселената.

И така, какво повече, изобилно от звезди и неутрино? Оказва се, че при четири процента газовете съставляват много по-голяма част от Космоса. Те обикновено заемат пространството между звезди, а за това - пространството между цели галактики. Междузвезден газ, който е най-вече просто свободен елементарен водород и хелий, съставлява по-голямата част от масата във Вселената, която може да бъде пряко измерена. Тези газове се откриват с помощта на инструменти, чувствителни към радио, инфрачервена и рентгенова дължина на вълните.

Тъмна материя

Втората най-изобилна "вещ" на Вселената е нещо, което никой не е виждал по друг начин. И все пак, той представлява около 22 процента от Вселената. Учени, анализиращи движението (завъртане) на галактиките, както и взаимодействието на галактиките в галактически клъстери, установи, че всички присъстващи газ и прах не са достатъчни, за да обяснят появата и движенията на галактиките. Оказва се, че 80 процента от масата в тези галактики трябва да са „тъмни“. Тоест, не се открива в който и да е дължина на вълната на светлината, радио през гама-лъчи. Ето защо тази "вещ" се нарича "тъмна материя".

Самоличността на тази мистериозна маса? Непознат. Най-добрият кандидат е студена тъмна материя, която теоретизира, че е частица, подобна на неутрино, но с много по-голяма маса. Смята се, че тези частици, често известни като слабо взаимодействащи масивни частици (WIMP) са възникнали от топлинни взаимодействия в началото галактика формации. Въпреки това, все още не успяхме да открием тъмната материя пряко или косвено или да я създадем в лаборатория.

Най-изобилната маса на Вселената не е тъмна материя или звезди или галактики или облаци от газ и прах. Това е нещо, наречено „тъмна енергия“ и представлява 73 процента от Вселената. Всъщност тъмната енергия изобщо не е (вероятно) дори масивна. Което прави категоризирането му на „маса“ донякъде объркващо. И така, какво е това? Вероятно това е много странно свойство на самото пространство-време или може би дори някакво необяснимо (засега) енергийно поле, което прониква в цялата Вселена. Или не е нито едно от тези неща. Никой не знае. Само времето и много и много повече данни ще кажат.

Редактиран и актуализиран от Каролин Колинс Петерсен.