Pojmovi tamna energija i tamna tvar nisu u potpunosti uspješni i predstavljaju doslovni, ali ne i semantički prijevod s engleskog. U fizičkom smislu, ovi pojmovi znače samo da te tvari ne stupaju u interakciju s fotonima, pa bi ih se također moglo nazvati nevidljivom ili prozirnom tvari i energijom.
Tamna materija u astronomiji i kosmologiji, kao i u teorijskoj fizici, hipotetički je oblik materije koja ne emitira i ne utječe na elektromagnetsko zračenje. Svojstvo ovog oblika materije onemogućuje njegovo izravno promatranje.
Zaključak o postojanju tamne materije donesen je na temelju brojnih, dosljednih međusobno, ali neizravnih znakova ponašanja astrofizičkih objekata i gravitacijskih učinaka koje stvaraju. Otkrivanje prirode tamne materije pomoći će u rješavanju problema skrivene mase, koja se posebno nalazi u nenormalno visokoj brzini rotacije vanjskih područja galaksija.
Doznajmo više o svemu ovome …
Tamna materija i tamna energija nisu vidljive oku, ali njihova je prisutnost dokazana promatranjem svemira. Prije nekoliko milijardi godina, naš se svemir rodio nakon katastrofalnog Velikog praska. Kako se rani svemir polako hladio, život se u njemu počeo razvijati. Kao rezultat, nastale su zvijezde, galaksije i drugi vidljivi dijelovi. Veličina našeg svemira naprosto je zapanjujuća. Na primjer, jedno je sunce dovoljno za osvjetljavanje i zagrijavanje milijun planeta poput Zemlje. U ovom slučaju, Sunce je srednja zvijezda, a samo se naša galaksija sastoji od 100 milijardi zvijezda. Ovaj broj premašuje broj zrna pijeska na maloj plaži. Međutim, to nije sve.
Kao što znate, Svemir se sastoji od nekoliko milijardi galaksija, gdje postoji mnoštvo materije. Je li moguće da je bilo koja od tih stvari oku bila nevidljiva. Najvjerojatnije, budući da su rezultati nedavnih studija pokazali da možemo vidjeti samo desetinu svemira. To znači da više od 90% materije osoba jednostavno ne može ispitati, čak i uz upotrebu posebne opreme. Astronomi ovu stvar nazivaju tamnom.
Poznato je da tamna tvar djeluje barem na gravitacijski način sa "svjetlosnom" (barionskom) te je medij prosječne kozmološke gustoće, nekoliko puta veći od gustoće bariona. Potonji su zarobljeni u gravitacijskim jama koncentracije tamne tvari. Stoga, iako čestice tamne materije ne stupaju u interakciju sa svjetlošću, svjetlost se emitira odakle postoji tamna tvar. Ovo izvanredno svojstvo gravitacijske nestabilnosti omogućilo je proučavanje količine, stanja i raspodjele tamne materije iz podataka promatranja iz radija na rendgensko zračenje.
Promotivni video:
Objavljeno u 2012. godini, istraživanje kretanja više od 400 zvijezda smještenih na udaljenosti do 13 000 svjetlosnih godina od Sunca nije pronašlo nikakve dokaze o prisutnosti tamne materije u velikom obimu prostora oko Sunca. Prema predviđanjima teorija, prosječna količina tamne materije u blizini Sunca trebala je iznositi oko 0,5 kg u količini Zemlje. Međutim, mjerenja su dala vrijednost od 0,00 ± 0,06 kg tamne materije u ovom volumenu. To znači da pokušaji registracije tamne materije na Zemlji, na primjer, rijetkim interakcijama čestica tamne materije sa "običnom" materijom, teško mogu biti uspješni.
Prema opažanjima svemirskog opservatorija Planck objavljenom u ožujku 2013., interpretiranim uzimajući u obzir standardni kozmološki model Lambda-CDM, ukupna masa energije promatranog Svemira sastoji se od 4,9% obične (barionske) materije, 26,8% tamne materije i 68,3% iz tamne energije. Dakle, svemir je 95,1% sastavljen od tamne materije i tamne energije.
Dokaz postojanja tamne materije je njegova težina - sila gravitacije, koja poput ljepila održava integritet Svemira. Svi dijelovi svemira međusobno se privlače. Zahvaljujući tome, znanstvenici su uspjeli izračunati ukupnu masu vidljivog svemira, kao i pokazatelje gravitacijskih sila. Tijekom izračuna otkrivena je značajna neravnoteža u tim parametrima, što je dalo razlog vjerovanju da postoji neka nevidljiva materija koja ima određenu masu i koja također podliježe gravitaciji.
Proučavanje tamne materije Osim toga, dokaz postojanja tamne materije bio je njezin gravitacijski utjecaj na druge objekte, uključujući putanju kretanja zvijezda i galaksija. Otkriveno je da se mnoge galaksije okreću brže nego što se očekivalo. Prema teoriji gravitacije A. Einsteina, oni bi trebali letjeti u različitim smjerovima. Međutim, čini se da ih nešto nevidljivo drži zajedno.
Također, tamna tvar može utjecati na put širenja svjetlosti. Ispitan je fenomen gravitacijskog leća, koji se sastoji u činjenici da gusti predmeti mogu odražavati svjetlost udaljenih objekata, mijenjajući putanju svjetlosnih tokova. To dovodi do izobličenja slike i pojave miraža zvijezda i galaksija. Znanstvenici bilježe ove svjetlosne zavoje, ali ne mogu imenovati prirodu ovog fenomena.
Tamna tvar u našem svemiru može postojati u obliku ogromnih astronomskih halo objekata (MAGO). To uključuje planete, mjesečeve, smeđe i bijele patuljke, oblake prašine, neutronske zvijezde i crne rupe. U pravilu su premali da bi svjetlost ljudi mogli otkriti, međutim, njihovo postojanje može se izračunati gravitacijskim utjecajem na svjetlosne tokove. Zadnjih godina astronomi su otkrili nekoliko vrsta MAGO objekata. Oni se mogu sastojati od običnih barijenskih čestica i akksina, neutrina, vitlića i supersimetrične tamne materije.
Istraživanje tamne materije i tamne energije
Kako zanimanje za tamnu tvar nastavlja rasti, pojavljuju se novi alati koji će vam pomoći da steknete širi uvid u taj misteriozni fenomen. Na primjer, Hubble svemirski teleskop pružio je vrlo vrijedne podatke o veličini i masi vidljivog svemira. Ti su podaci bili prvi i vrlo važan korak prema proučavanju prave količine tamne materije u svemiru.
Važno je razumjeti da struktura Svemira nije slučajna, a uz pomoć Hubblea možete detaljno predstaviti njegovu strukturu. Sigurno je poznato da su galaksije smještene u klasterima, a ti klasteri u super klasterima. Superklasteri kozmičkih tijela smješteni su u spužvastoj strukturi s velikim prazninama. Očito je stvaranje takve strukture posljedica vrlo specifičnih razloga. Rendgenski teleskopi u opservatoriju Chandra pomažu u proučavanju ogromnih oblaka vrućeg plina u tim klasterima. Znanstvenici su otkrili da tamna tvar mora biti prisutna i na ovim prostorima, jer u protivnom plin će istjecati iz nakupine. Osim toga, trenutno se razvijaju novi alati koji će na kraju pomoći razaznati ovu tamnu stranu svemira.
Pristupi i metode za proučavanje čestica tamne materije
Trenutno znanstvenici diljem svijeta pokušavaju na sve moguće načine otkriti ili umjetno pribaviti čestice tamne materije u zemaljskim uvjetima, koristeći posebno dizajniranu supertehnološku opremu i mnogo različitih znanstveno-istraživačkih metoda, ali dosad sva djela nisu okrunjena uspjehom.
Od čega se sastoji svemir
Jedna od metoda uključuje provođenje eksperimenata na visokoenergetskim akceleratorima, obično poznatim kao sudarači. Znanstvenici, vjerujući da su čestice tamne materije 100-1000 puta teže od protona, pretpostavljaju da će ih morati stvoriti kada se obične čestice sudaraju, a koje bi ih sudarač ubrzao do visokih energija. Suština druge metode je registriranje čestica tamne materije koje su svuda oko nas. Glavna poteškoća u registraciji tih čestica je u tome što pokazuju vrlo slabu interakciju s običnim česticama koje su za njih inherentno transparentne. Pa ipak, čestice tamne materije se vrlo rijetko, ali sudaraju s atomskim jezgrama, i postoji izvjesna nada, prije ili kasnije, registrirati taj fenomen.
Postoje i drugi pristupi i metode za proučavanje čestica tamne materije, a koja od njih će prva dovesti do uspjeha, pokazat će samo vrijeme, ali u svakom slučaju otkriće ovih novih čestica postat će veliko znanstveno dostignuće.
Sredstvo protiv gravitacije
Tamna energija je još neobičnija supstanca od iste tamne materije. Nema sposobnost da se okupi u grozdove, zbog čega je ravnomjerno raspoređen po cijelom Svemiru. Ali trenutno je njegovo najneobičnije svojstvo antigravitacija.
Zahvaljujući suvremenim astronomskim metodama, moguće je odrediti brzinu širenja Svemira u sadašnjem vremenu i simulirati postupak njegove promjene ranije u vremenu. Kao rezultat toga, dobivena je informacija da se u ovom trenutku, kao iu nedavnoj prošlosti, naš Univerzum širi, dok se stopa ovog procesa neprestano povećava. Zato se pojavila hipoteza o antigravitaciji tamne energije, jer bi uobičajena gravitacijska privlačnost usporavala učinak na proces "recesije galaksija", ograničavajući brzinu širenja Svemira. Taj se fenomen ne protivi općoj teoriji relativnosti, ali istodobno tamna energija mora imati negativan pritisak - svojstvo koje nema niti jedna od trenutno poznatih tvari.
Kandidati za ulogu „Mračne energije“
Masa galaksija u klasteru Abel 2744 manja je od 5 posto njegove ukupne mase. Taj je plin toliko vruć da svijetli samo u rasponu rendgenskih zraka (crveni je na ovoj slici). Raspodjela nevidljive tamne materije (koja čini oko 75 posto mase ovog grozda) obojena je plavo.
Jedan od pretpostavljenih kandidata za ulogu tamne energije je vakuum, čija gustoća energije ostaje nepromijenjena tijekom širenja Svemira i time potvrđuje negativni tlak vakuuma. Drugi potencijalni kandidat je "kvintesencija" - prethodno neistraženo superveško polje koje navodno prolazi kroz čitav svemir. Postoje i drugi mogući kandidati, ali trenutno nijedan od njih nije doprinio dobivanju točnog odgovora na pitanje: što je tamna energija? Ali već je jasno da je tamna energija nešto potpuno nadnaravno, ostaje glavna misterija temeljne fizike 21. stoljeća.