Sestava vesolja

Vesolje je obsežno in očarljivo mesto. Ko astronomi razmislijo, iz česa je sestavljen, lahko najbolj neposredno kažejo na milijarde galaksij, ki jih vsebuje. Vsak od njih ima milijone ali milijarde - ali celo trilijone - zvezd. Mnoge od teh zvezd imajo planete. Obstajajo tudi oblaki plina in prahu.

Med galaksijami, kjer se zdi, da bi bilo zelo malo "stvari", ponekod obstajajo oblaki vročih plinov, medtem ko so v drugih regijah skoraj prazne praznine. Vse to je material, ki ga je mogoče zaznati. Torej, kako težko je pogledati v kozmos in z razumno natančnostjo oceniti količino svetlobne mase (materiala, ki ga lahko vidimo) v vesolje, z uporabo radio, infrardeč in rentgen astronomija?

Zdaj, ko imajo astronomi zelo občutljive detektorje, zelo napredujejo pri ugotavljanju mase vesolja in tega, kar sestavlja to maso. A to ni problem. Odgovori, ki jih dobijo, nimajo smisla. Ali je njihov način seštevanja mase napačen (ni verjetno) ali je še kaj drugega; nekaj drugega, česar ne morejo

Eden največjih dokazov za maso vesolja je nekaj, kar se imenuje kozmično mikrovalovno ozadje (CMB). Ne gre za fizično "oviro" ali kaj podobnega. Namesto tega je stanje zgodnjega vesolja, ki ga lahko merimo z mikrovalovnimi detektorji. CMB sega kmalu po velikem udaru in je dejansko temperatura ozadja vesolja. Mislite na to kot na toploto, ki jo v vsem kozmosu zaznamo enako iz vseh smeri. Ni ravno vročina, ki prihaja od Sonca ali seva s planeta. Namesto tega gre za zelo nizko temperaturo, izmerjeno na 2,7 stopinj K. Ko gredo astronomi za merjenje te temperature, opazijo majhna, a pomembna nihanja, ki se širijo po vsem tem ozadju. Vendar pa dejstvo, da obstaja, pomeni, da je vesolje v bistvu "ravno". To pomeni, da se bo za vedno razširila.

Torej, kaj ta ravnost pomeni za ugotovitev mase vesolja? V bistvu, glede na izmerjeno velikost vesolja, to pomeni, da mora biti v njem prisotno dovolj mase in energije, da postane "ravno". Težava? No, ko astronomi seštevajo vse "normalna" zadeva (kot so zvezde in galaksije, plus plin v vesolju, to je le približno 5% kritične gostote, ki jo mora ravno vesolje ostati ravno.

To pomeni, da 95 odstotkov vesolja še ni bilo zaznano. Tam je, a kaj je? Kje je? Znanstveniki pravijo, da obstaja kot temna snov in temna energija.

Maso, ki jo lahko vidimo, imenujemo "barionska" materija. To so planeti, galaksije, plinski oblaki in grozdi. Masa, ki je ni mogoče videti, se imenuje temna snov. Obstaja tudi energija (svetloba) ki jih je mogoče izmeriti; zanimivo je, da obstaja tudi tako imenovana "temna energija". in nihče nima prav dobre ideje, kaj je to.

Torej, kaj sestavlja vesolje in v kakšnih odstotkih? Tu je razčlenitev trenutnih deležev mase v vesolju.

Najprej so tu težki elementi. Sestavljajo približno 0,03% vesolja. Skoraj pol milijarde let po nastanku vesolja so bili edini elementi vodik in helij. Niso težki.

Vendar, ko so se rodile, živele in umirale zvezde, se je vesolje začelo sejati z elementi, težjimi od vodika in helija, ki so bili "kuhani" znotraj zvezd. To se zgodi, ko zvezde spajajo vodik (ali druge elemente) v svojih jedrih. Stardeath širi vse te elemente v vesolje skozi planetarne meglice ali eksplozije supernove Ko se enkrat razpršijo v vesolje. so glavni material za izgradnjo naslednjih generacij zvezd in planetov.

Vendar je to počasen proces. Tudi skoraj 14 milijard let po nastanku je edini majhen del mase vesolja sestavljen iz elementov, težjih od helija.

Nevtrini so tudi del vesolja, čeprav le okoli 0,3 odstotka. Nastanejo med postopkom jedrske fuzije v zvezdah zvezd, nevtrini so skoraj brezmasni delci, ki potujejo s skoraj hitrostjo svetlobe. Skupaj s pomanjkanjem napolnjenosti njihove drobne mase pomenijo, da ne delujejo zlahka z maso, razen da neposredno vplivajo na jedro. Merjenje nevtrinov ni lahka naloga. Toda znanstvenikom je omogočil, da dobijo dobre ocene stopnje jedrskega zlivanja našega Sonca in drugih zvezd, pa tudi oceno celotne nevtrinske populacije v vesolju.

Ko zvezdniki pokukajo v nočno nebo, je večina tega, kar vidijo, zvezde. Sestavljajo približno 0,4 odstotka vesolja. Ko pa ljudje celo gledamo vidno svetlobo, ki prihaja iz drugih galaksij, je večina tega, kar vidijo, zvezde. Čudno se jim zdi, da predstavljajo le majhen del vesolja.

Torej, kaj je bolj, kot so zvezde in nevtrini? Izkazalo se je, da s štirimi odstotki plini sestavljajo veliko večji del kozmosa. Običajno zasedejo prostor med zvezde in v tem smislu prostor med celimi galaksijami. Medzvezdni plin, ki je večinoma le prosta elementa vodika in helija, predstavlja večino mase v vesolju, ki jo je mogoče neposredno izmeriti. Ti plini se zaznajo z instrumenti, občutljivimi na radijske, infrardeče in rentgenske valovne dolžine.

Temna snov

Druga najpogostejša "stvar" vesolja je nekaj, česar nihče ni videl drugače zaznanega. Kljub temu predstavlja približno 22 odstotkov vesolja. Znanstveniki, ki analizirajo gibanje (rotacija) galaksij, pa tudi medsebojno vplivanje galaksij v galaksijah je ugotovilo, da ves prisoten plin in prah ni dovolj, da bi razložil pojav in gibanje galaksij. Izkaže se, da mora biti 80 odstotkov mase v teh galaksijah "temno". Se pravi, da v kaj valovna dolžina svetlobe, radio skozi gama-žarki. Zato to "stvar" imenujemo "temna materija".

Identiteta te skrivnostne mase? Neznano. Najboljši kandidat je hladna temna snov, ki teoretizira, da je delček, podoben nevtrinu, vendar s precej večjo maso. Menijo, da so ti delci, pogosto znani kot šibke medsebojne masivne delce (WIMP) so nastali zaradi toplotnih interakcij zgodaj galaksija formacije. Vendar pa temne snovi še nismo mogli neposredno ali posredno zaznati ali ustvariti v laboratoriju.

Najštevilčnejša masa vesolja niso temne snovi ali zvezde ali galaksije ali oblaki plina in prahu. To je nekaj, kar imenujemo "temna energija" in predstavlja 73 odstotkov vesolja. Pravzaprav temna energija sploh ni (verjetno) sploh množična. Zaradi česar je njegova kategorizacija "mase" nekoliko zmedena. Kaj je torej? Morebiti gre za zelo nenavadno lastnost vesolja-časa ali morda celo kakšno nepojasnjeno (doslej) energetsko polje, ki prežema celotno vesolje. Ali pa nobena od teh stvari. Nihče ne ve. Samo čas in veliko in veliko več podatkov bo povedalo.

Uredil in posodobil Carolyn Collins Petersen.