Ruimte

9 van die grootste onbeantwoorde vrae oor donker saak

9 van die grootste onbeantwoorde vrae oor donker saak

Die vrae rondom die donker materie is van die belangrikste fisika-raaisels van ons moderne tyd. Die bestaan ​​van donker materie is aanvanklik in 1922 deur die Nederlandse sterrekundige Jacobus Kapteyn voorgestel, met behulp van navorsing oor sterktesnelhede. Toe, in 1933, merk Fritz Zwicky iets vreemds op in die verre sterrestelsel van Coma.

Die Switserse Amerikaanse sterrekundige het ontdek dat die massa van al die sterre in die Coma-sterrestelsel slegs ongeveer 1 persent van die massa voorsien het wat nodig is om die sterrestelsels nie te laat ontsnap nie. In werklikheid is donker materie aanvanklik 'ontbrekende materie' genoem, omdat sterrekundiges dit nie kon vind deur die heelal waar te neem met behulp van enige deel van die elektromagnetiese spektrum nie. Dit is eers in die 1970's dat die Amerikaanse sterrekundiges Vera Rubin en W. Kent Ford amptelik bevestig dat donker materie bestaan.

So, wat is die huidige hype rondom donker materie? Miskien het u dit in wetenskapsfiksiefilms of TV-programme gesien of selfs in die nuus daaroor gelees, aangesien die wetenskaplike gemeenskap dit beter verstaan. As u hierdie ontbrekende saak goed verstaan, kan dit wetenskaplikes help om die presiese aard van die heelal beter te verstaan ​​en selfs hoe ons heelal sal eindig.

Volgens sommige teorieë kom donker materie baie meer voor as wat ons dink. Die hoeveelheid donker materie kan ons wys as die heelal uitbrei, of as dit iewers in die verre toekoms kan ineenstort, of heeltemal kan ophou beweeg. Donker materie kan navorsers ook help om beter te verstaan ​​hoe swaartekrag werk, of hoe sterrestelsels vorm. Die lys gaan voort. Daar is egter nog baie onbeantwoorde vrae rakende die donker materie wat aangepak moet word voordat sterrekundiges vorentoe kan beweeg. Vandag is dit wat ons gaan ondersoek. Laat ons begin.

1. Wat is donker materie presies?

As u nog nie seker is wat donker materie is nie, is u nie alleen nie. Alhoewel baie navorsers meen dat donker materie 85% van die materie in die heelal uitmaak, is daar nog nie 'n ooreenkoms oor wat presies donker materie is nie. Des te meer, hoe meer ons donker materie bestudeer, hoe donkerder lyk dinge. Daar is egter twee hoofteorieë vir die aard van donker materie.

Die een is die voorstel dat donker materie bestaan ​​uit gewone maar moeilik sigbare dooie sterre of groot koue planeetvoorwerpe. Hierdie voorwerpe sal in sterrestelsels in 'n 'halo' ophoop en word dus 'Massiewe kompakte halo-voorwerpe', oftewel MACHO's, genoem.

Die ander gewilde teorie is dat donker materie bestaan ​​uit onontdekte deeltjies wat in die oerknal geskep is en oral bestaan. Dit word swak interaksie massiewe deeltjies of WIMP's genoem. Dit is tans die voorste teorie.

Fisikus Don Lincoln van die Amerikaanse departement van energie se Fermilab het hierdie idee in sy artikel vir Livescience uitgebrei en gesê: 'Ons het nooit donker materie direk waargeneem nie, maar ons weet baie oor wat dit moet wees: dit moet massief wees (want dit beïnvloed die rotasie van sterrestelsels); dit moet elektries neutraal wees (omdat ons dit nie kan sien nie); dit moet verskil van gewone materie (omdat ons geen bewyse sien dat dit op die gewone manier met materie in wisselwerking tree nie), en dit moet stabiel wees (omdat dit bestaan ​​sedert die aanbreek van die heelal). Hierdie eienskappe is onomwonde. "

"Ons weet egter nie presies wat dit is nie. In die gewildste generiese teorie word die deeltjie van die donker materie 'n WIMP genoem, vir massiewe deeltjies met 'n swak interaksie. WIMP's is soortgelyk aan swaar neutrone (maar beslis nie neutrone nie), met 'n massa van 10 tot 100 keer swaarder as 'n proton. Hulle is tydens die oerknal in groot hoeveelhede geskep, en 'n klein oorblyfsel bly tot vandag toe voort. '

Selfs al is hierdie WIMP's skaars waarneembaar, moet dit oral wees, en ons moet op een of ander manier met hulle kan kommunikeer. Dit was die heersende teorie vir 'n lang tydperk. Oor die dekades heen het navorsers tot onlangs nog masjiene gebou om WIMP-deeltjies van donker materie op te spoor.

Een detektor vir donker materie in Italië het onlangs teruggekom met positiewe resultate. Die DAMA-eksperiment is egter baie omstrede, aangesien ander donkerstofdetektore regoor die wêreld teenstrydige resultate lewer. Op die oomblik het ons nog geen definitiewe bewys dat hierdie teoretiese deeltjies selfs bestaan ​​nie.

2. Moet donker materie nie met iets in wisselwerking tree nie?

Ja, natuurlik. Maar dit is baie moeiliker as wat u sou dink. Eerstens kan navorsers slegs donker materie bestudeer deur te sien hoe dit die heelal rondom dit beïnvloed. Tot op hierdie stadium is die enigste waargeneem die swaartekrag-effekte van donker materie, wat ons idees oor die onderwerp verder vertroebel.

Uit vorige studies oor die donker materie-verskynsel weet ons dat dit 'n invloed op hemelse voorwerpe het. Maar sê nou donker materiaal is nie 'n deeltjie nie? Miskien is dit 'n veld? Of miskien verstaan ​​ons nie heeltemal hoe swaartekrag werk nie.

In 2015 het navorsers vier groot klompe waargeneem wat volgens hulle donker materie was rondom vier botsende sterrestelsels. Hul waarnemings het getoon dat een van die polle vreemd agter sy sterrestelsel is. Dit blyk nie net dat dit bevestig dat donker materie sterrestelsels beïnvloed nie, maar dit het ook getoon dat donker materie met ander donker materie kan wissel. Tog moet ons nog sien of donker materie met gewone materie in wisselwerking is.

3. Is daar 'n manier om donker materie behoorlik te bestudeer?

Soos hierbo genoem, het navorsers jare lank probeer om deeltjies van donker materie op te spoor, sonder sukses. As die WIMP-teorie egter korrek is, sal dit baie moeilik wees om dit behoorlik te meet. As ons aanneem dat hierdie deeltjies deur die ruimte beweeg, moet donker materie op 'n sekere tyd interaksie hê met 'n meer bekende vorm van gewone materie, soos 'n proton of elektron.

Om dit te meet, het navorsers eksperiment na eksperiment gebou om interaksies van gewone deeltjies diep onder die grond te bestudeer, waar hulle beskerm word teen interfererende straling wat 'n botsing van 'n donker materie-deeltjie kan naboots. Selfs die jongste Chinese PandaX-eksperiment het egter nog nie afdoende resultate opgelewer nie. Een algemene teorie om dit te verklaar, is dat die deeltjies van donker materie eintlik baie kleiner is as WIMP's en dus baie moeilik is om dit op te spoor.

4. Kan donker materie van meer as een deeltjie gemaak word?

Hierdie vraag is baie sinvol. Gewone materie bestaan ​​immers nie net uit protone en elektrone nie. Dit bevat ook 'n aantal "eksotiese" deeltjies soos neutrino's, muone en pions. Dit sal nie te ver wees om te glo dat donker materie 'n soortgelyke "eksotiese" mengsel van deeltjies het nie. "Donker materie-deeltjies sal in wese bestaan ​​uit swaar 'donker protone' en ligte 'donker elektrone'", sê Charles Q. Choi.

'Hulle sal baie meer met mekaar verkeer as ander deeltjies van donker materie om' donker atome 'te vorm wat' donker fotone 'gebruik om interaksie te hê deur 'n soort' donker elektromagnetisme ', net soos gewone protone en elektrone interaksie het tussen fotone in konvensionele elektromagnetisme. bou die atome wat die alledaagse lewe uitmaak. As donker atome moontlik is, kan dit met mekaar reageer vir donker chemie, net soos gewone atome chemies interaksie het. '

5. Wat van donker kragte?

Nee, ons praat nie van die Darkside of the Force nie. Tog kan dit op dieselfde manier werk vir alles wat ons weet. Soos hierbo genoem, kan donker materie bestaan ​​uit wat donker deeltjies genoem word. Die manier waarop donker protone en donker elektrone met mekaar in wisselwerking is, kan verklaar waarom donker materie saamklont en bolvormige hale rondom sterrestelsels, sterre en planete vorm.

Dit kan ook die moontlikheid van die bestaan ​​van donker fotone open. Wat is donker fotone, vra jy? Kortom, dit is fotone wat uitgeruil word tussen normale deeltjies wat aanleiding gee tot die elektromagnetiese krag, behalwe dat dit slegs deur donker materie-deeltjies gevoel word. Teorieë soos hierdie kan 'n Pandora's Box van 'n heel ander kant na die heelal oopmaak.

6. Wat as donker materie die aksiomas is?

Terwyl sommige navorsers steeds fokus op die WIMP-teorie, op soek na swak deeltjies, is die aandag verskuif na 'n ander deeltjie, aksiomas. Dit is ultra-liggewig deeltjies, miljarde keer ligter as die elektron. Sommige meen dat hulle om verskeie redes 'n uitstekende kandidaat vir donker materie is.

Eerstens sou hul onsigbare teenwoordigheid verklaar waarom die heelal baie swaarder is as wat dit lyk. Tweedens sal die deeltjie ook toon waarom die twee fundamentele kragte wat atoomkerne vorm, verskillende reëlboeke volg. Die Axion Dark Matter Experiment (ADMX) aan die Universiteit van Washington lei tans die aanklag vir wetenskap oor aksioma en donker materie.

Die aksie is 'n kandidaat vir donker materie, aangesien dit, net soos donker materie, nie regtig met gewone materie kan kommunikeer nie. Hierdie afsydigheid maak die aksie ook, as dit bestaan, uiters moeilik opspoorbaar. Hierdie vreemde deeltjie kan ook help om 'n jarelange raaisel in fisika, wat bekend staan ​​as 'die sterk CP-probleem', op te los.

7. As donker materie oral bestaan, moet dit nie in elke sterrestelsel bestaan ​​nie?

Een van die voorste teorieë rondom donker materie is dat dit 'n belangrike rol speel in die vorming van sterrestelsels. Daar word geglo dat donker materie 'n rol speel in die beheer en organisering van die vorming van groot hemelse strukture. Navorsers het egter nou 'n sterrestelsel gevind wat blykbaar glad nie donker materie het nie.

As ons aan donker materie dink as die steier wat die heelal bymekaar hou, waarom sou 'n sterrestelsel hierdie belangrike strukture mis? Een antwoord is dat donker materie miskien nie so 'n groot rol in die vorming van hemelliggame speel as wat voorheen gedink is nie.

8. Wat van ons positiewe opsporing van donker materie-deeltjies?

Soos hierbo genoem, is navorsing van die Italiaanse DAMA-projek, waarin die bevinding van donker materie gerapporteer word, baie omstrede. Om die geheimsinnige en ontwykende deeltjies van donker materie te vind, het navorsers regoor die wêreld ondergrondse detektors geskep om WIMP-deeltjies te probeer interaksie met gewone materie.

Tot op hede is DAMA die enigste projek wat daarin slaag om die bestaan ​​van donker materie-deeltjies aan te toon. Ander toonaangewende detektorprojekte wat op verskillende plekke regoor die wêreld geleë is, het teenstrydige resultate gerapporteer. Tot vandag toe word die akkuraatheid van die DAMA-uitslae hard bespreek.

9. Kan gewone deeltjies in donker materie verval?

Wat as gewone deeltjies eintlik in donker materie-deeltjies verander? Ons sien immers al dat iets soortgelyks in elektrone en neutrone voorkom. 'N Eensame neutron sal stadig in 'n proton verval, terwyl 'n elektron in 'n neutron verval. Sommige navorsers glo dit 1% van hierdie deeltjies verval in donker deeltjies. Bartosz Fornal en Benjamín Grinstein van die Universiteit van Kalifornië, San Diego, stel 'n oplossing vir hierdie teenstrydigheid voor dat neutrone 1% van die tyd in donkerstofdeeltjies verval. Omdat balkeksperimente hierdie vervalle nie sou opspoor nie, sou hul afgeleide neutronleeftyd langer wees as die werklike waarde.

Dink u dat ons uiteindelik donker materie in die toekoms sal verstaan?


Kyk die video: Whats My Line? - Jimmy Durante; Bobby Darin panel Jan 31, 1965 W. COMMERCIALS (Junie 2021).