Ciemna materia – co o niej wiemy?

Astronomia: Kosmos 77 0
ciemna materia - tajemnicza materia, wypełniająca przestrzeń kosmiczną w 26,8%
ciemna materia – tajemnicza materia, wypełniająca przestrzeń kosmiczną w 26,8%

Obecnie istnieje wiele rzeczy, których naukowcy nie wiedzą o tajemniczej ciemnej materii: czy możemy ją wychwycić w detektorze? Czy możemy ją wytworzyć w warunkach laboratoryjnych? Czy i z jakiego rodzaju cząstek się składa i czy składa się z więcej niż jednego rodzaju?

Termin ten jest tak naprawdę tylko nazwą, jaką naukowcy nadali składnikowi, stanowiącego niejako brakującą część w naszym rozumieniu wszechświata. Istnieją jednak pewne, które wiemy na pewno o ciemnej materii.

Ale są pewne rzeczy, które naukowcy mogą definitywnie powiedzieć o tych rzeczach.

Jednym z najbardziej znanych fizyków teoretycznych, który zajmuje się badaniami nad ciemną materią, jest m.in. Natalia Toro – pracująca w amerykańskim Departamencie Energii w SLAC National Accelerator Laboratory oraz będąca członkiem eksperymentu Light Dark Matter Experiment (LDMX) i Beam Dump Experiment (BDX).


Ciemna materia jest bardzo trwała

Ciemna materia uformowała się bardzo wcześnie w historii wszechświata. Dowody na to są widoczne w kosmicznym tle mikrofalowym, czyli CMB – promieniowaniu reliktowym, będącym pozostałością po Wielkim Wybuchu.

Wiek ciemnej materii szacuje się na około przynajmniej 3 mld lat (wiek Wszechświata datowany jest na mniej więcej 13,82 mld lat). Szacuje się natomiast, że czas istnienia dark matter może być znacznie dłuższy, gdyż dotychczas nie zaobserwowano żadnych dowodów na jej rozkład. W znanych nam standardowych modelach fizycznych cięższe cząstki rozpadają się na mniejsze, czego w przypadku ciemnej materii nie stwierdzono. Istnieje natomiast hipoteza wyjaśniająca, że w naturze istnieje dotychczas nieznany nam ładunek, który jest przenoszony przez ciemną materię, jednocześnie będącą z najlżejszych rzeczy mogących go transportować.

W fizyce cząstek ładunek musi być zachowany – co oznacza, że ​​nie można go stworzyć ani zniszczyć. Weźmy przykład rozpadu mionu, cięższej o 207-razy wersji elektronu. Mion często rozpada się na parę neutrin, które nie niosą żadnego ładunku, i elektron, który dzieli ładunek ujemny mionu. Nawet jeśli mion rozpadł się na trzy inne cząstki, jego ładunek elektromagnetyczny jest ogólnie zachowany.

Elektron jest najlżejszą cząsteczką o ujemnym ładunku elektromagnetycznym. Ponieważ nie stwierdzono niczego o mniejszej masie, na którą mógłby się rozpaść, pozostaje on stabilny.

Ale ładunek elektromagnetyczny nie jest jedynym rodzajem ładunku. Na przykład protony są najlżejszymi cząsteczkami przenoszącymi ładunek zwany liczbą barionową, co jest związane z faktem, że są one zbudowane z cząstek zwanych kwarkami (ale nie antykwarkowymi). Kwarki i gluony posiadają coś, co fizycy nazywają ładunkiem kolorowym, który wydaje się być zachowany w oddziaływaniach cząstek.

Możliwe, że cząstki ciemnej materii są najbardziej stabilnymi cząsteczkami z nowym rodzajem ładunku.


Kształtuje całe galaktyki, w sposób bezkontaktowy

Pozorna stabilność ciemnej materii wydaje się być kluczem do kolejnej jej właściwości: jej zdolności do wpływania na ewolucję wszechświata. Astrofizycy uważają, że większość galaktyk prawdopodobnie nie uformowałaby się tak, gdyby nie ingerencja ciemnej materii.

W latach trzydziestych XX wieku szwajcarski astrofizyk Fritz Zwicky zauważył, że coś niezbadanego może powodować, że galaktyki w gromadzie Coma Cluster (Abell 1656) zachowywały się tak, jakby były 400 razy cięższe niż gdyby zawierały jedynie materiał składający się z gwiazd i innych ciał niebieskich. Rozbieżność ta została dzisiaj obliczona jako mniejsza, ale nadal istnieje. Właśnie wtedy powstał termin “ciemna materia”, aby opisać wszystko, co mogłoby nadać galaktykom dodatkową masę.

W latach 70. Vera Rubin, astronom z Carnegie Institution w Waszyngtonie, wykorzystała dowody spektrograficzne do ustalenia, że ​​galaktyki spiralne, takie jak nasza Droga Mleczna, również mogą posiadać większą masę niż pierwotnie szacowano.

Naukowcy zauważyli inny wpływ ciemnej materii na gwieździsty materiał. Gromady ciemnej materii działają jak kosmiczne puste przestrzenie, przez które światło przemierza kosmos, wyginając go i zniekształcając w procesie zwanym soczewkowaniem grawitacyjnym. Astronomowie mogą mapować rozmieszczenie ciemnej materii, w innym przypadku niewidocznej, badając gromady galaktyk w ten sposób.

Podobnie jak zwykła materia, ciemna materia nie jest równomiernie rozmieszczona we wszechświecie. Astrofizycy uważają, że kiedy galaktyki powstały po raz pierwszy, obszary wszechświata posiadały nieco więcej ciemnej materii.

Astronomiczne zapytania:

  • https://odkrywcyplanet pl/ciemna-materia-co-o-niej-wiemy/

Inne artykuły astronomiczne i rankingi sprzętu obserwacyjnego