انرژی تاریک ماده تاریک

انرژی تاریک، ماده تاریک
در اوایل دهه 1990، یک چیز در مورد انبساط جهان کاملاً قطعی بود. ممکن است چگالی انرژی کافی برای متوقف کردن انبساط و فروپاشی خود داشته باشد، ممکن است آنقدر چگالی انرژی کمی داشته باشد که هرگز از انبساط متوقف نشود، اما گرانش مطمئناً با گذشت زمان انبساط را کاهش می دهد. مسلماً، کندی مشاهده نشده بود، اما، از نظر تئوری، جهان باید کند می‌شد. جهان پر از ماده است و نیروی جاذبه جاذبه همه مواد را به هم می‌کشد. سپس سال 1998 و رصدهای تلسکوپ فضایی هابل (HST) از ابرنواخترهای بسیار دور فرا رسید که نشان داد، مدت ها پیش، جهان در واقع کندتر از امروز منبسط می شد. بنابراین انبساط جهان به دلیل گرانش کند نبوده است، همانطور که همه فکر می کردند، شتاب گرفته است. هیچ کس انتظار این را نداشت، هیچ کس نمی دانست چگونه آن را توضیح دهد.
در نهایت نظریه پردازان به سه نوع توضیح رسیدند. شاید این نتیجه نسخه ای از نظریه گرانش انیشتین بود که مدت ها دور ریخته شده بود، نظریه ای که حاوی چیزی بود که "ثابت کیهانی" نامیده می شد. شاید نوعی مایع انرژی عجیب وجود داشته باشد که فضا را پر کرده است. شاید مشکلی در نظریه گرانش اینشتین وجود داشته باشد و یک نظریه جدید می تواند شامل نوعی میدان باشد که این شتاب کیهانی را ایجاد می کند. نظریه پردازان هنوز نمی دانند توضیح صحیح چیست، اما راه حل را نام گذاری کرده اند. به آن انرژی تاریک می گویند.
انرژی تاریک چیست؟
بیشتر از آنچه شناخته شده است ناشناخته است. ما می دانیم که چقدر انرژی تاریک وجود دارد زیرا می دانیم که چگونه بر انبساط جهان تأثیر می گذارد. غیر از این، این یک راز کامل است. اما این یک راز مهم است. به نظر می رسد که تقریباً 68 درصد از جهان را انرژی تاریک تشکیل می دهد. ماده تاریک حدود 27 درصد را تشکیل می دهد. بقیه - همه چیز روی زمین، همه چیزهایی که تا به حال با همه ابزارهای ما مشاهده شده است، همه مواد عادی - کمتر از 5٪ از کیهان را تشکیل می دهند. بیایید به آن فکر کنید، شاید اصلاً نباید آن را ماده "عادی" نامید، زیرا این بخش کوچکی از جهان است.
تغییرات در نرخ انبساط در طول زمان

جهان در حال انبساط
این نمودار تغییرات نرخ انبساط را از زمان تولد جهان در 15 میلیارد سال پیش نشان می دهد. هرچه منحنی کم عمق تر باشد، سرعت انبساط سریعتر است. این منحنی حدود 7.5 میلیارد سال پیش به طرز محسوسی تغییر می‌کند، زمانی که اجرام در جهان با سرعتی سریع‌تر از هم جدا شدند. ستاره شناسان این نظریه را مطرح می کنند که سرعت انبساط سریعتر به دلیل نیروی مرموز و تاریکی است که کهکشان ها را از هم جدا می کند.

یک توضیح برای انرژی تاریک این است که این یک ویژگی فضا است. آلبرت انیشتین اولین کسی بود که متوجه شد فضای خالی هیچ نیست. فضا دارای خواص شگفت انگیزی است که درک بسیاری از آنها تازه شروع شده است. اولین خاصیتی که انیشتین کشف کرد این بود که امکان به وجود آمدن فضای بیشتری وجود دارد. سپس یک نسخه از نظریه گرانش اینشتین، نسخه ای که حاوی یک ثابت کیهانی است، پیش بینی دوم را انجام می دهد: "فضای خالی" می تواند انرژی خود را داشته باشد. از آنجایی که این انرژی از ویژگی های خود فضا است، با گسترش فضا رقیق نمی شود. با به وجود آمدن فضای بیشتر، مقدار بیشتری از این انرژی فضا ظاهر می شود. در نتیجه، این شکل از انرژی باعث می شود که جهان سریعتر و سریعتر منبسط شود. متأسفانه، هیچ‌کس نمی‌داند که چرا ثابت کیهان‌شناختی حتی باید وجود داشته باشد، بسیار کمتر از این که چرا دقیقاً ارزش مناسبی برای ایجاد شتاب مشاهده‌شده جهان دارد.

هسته ماده تاریک با توضیح مخالفت می کند
این تصویر توزیع ماده تاریک، کهکشان‌ها و گاز داغ را در هسته خوشه کهکشانی Abell 520 نشان می‌دهد. نتیجه می‌تواند چالشی برای نظریه‌های اساسی ماده تاریک باشد.

توضیح دیگر در مورد چگونگی به دست آوردن انرژی فضا از نظریه کوانتومی ماده می آید. در این نظریه، «فضای خالی» در واقع مملو از ذرات موقتی («مجازی») است که به طور مداوم شکل می گیرند و سپس ناپدید می شوند. اما زمانی که فیزیکدانان سعی کردند محاسبه کنند که این انرژی چقدر فضای خالی می دهد، پاسخ اشتباه بود - تا حد زیادی اشتباه. این عدد 10120 برابر خیلی بزرگ بود. این یک عدد 1 با 120 صفر بعد از آن است. به سختی می توان جواب بدی دریافت کرد. بنابراین راز ادامه دارد.
توضیح دیگر برای انرژی تاریک این است که این نوع جدیدی از سیال یا میدان انرژی دینامیکی است، چیزی که تمام فضا را پر می کند اما چیزی که تأثیر آن بر انبساط کیهان برعکس اثر ماده و انرژی معمولی است. برخی از نظریه پردازان نام این «ذات» را برگرفته از عنصر پنجم فیلسوفان یونانی گذاشته اند. اما، اگر quintessence پاسخ باشد، ما هنوز نمی دانیم که چگونه است، با چه چیزی تعامل دارد، یا چرا وجود دارد. بنابراین راز ادامه دارد.
آخرین احتمال این است که نظریه گرانش اینشتین صحیح نیست. این امر نه تنها بر انبساط کیهان تأثیر می گذارد، بلکه بر نحوه رفتار ماده عادی در کهکشان ها و خوشه های کهکشانی نیز تأثیر می گذارد. این واقعیت راهی برای تصمیم گیری در مورد اینکه آیا راه حل مسئله انرژی تاریک یک نظریه گرانش جدید است یا خیر، فراهم می کند: ما می توانیم مشاهده کنیم که کهکشان ها چگونه در خوشه ها گرد هم می آیند. اما اگر معلوم شود که نظریه جدیدی از گرانش مورد نیاز است، چه نوع نظریه ای خواهد بود؟ چگونه می تواند به درستی حرکت اجسام در منظومه شمسی را، همانطور که نظریه انیشتین انجام می دهد، توصیف کند، و همچنان پیش بینی های متفاوتی را برای جهان که به آن نیاز داریم به ما ارائه دهد؟ تئوری های نامزدی وجود دارد، اما هیچ کدام قانع کننده نیستند. بنابراین راز ادامه دارد.
چیزی که برای تصمیم گیری بین احتمالات انرژی تاریک - خاصیت فضا، سیال دینامیکی جدید، یا نظریه جدید گرانش - مورد نیاز است داده های بیشتر، داده های بهتر است.
ماده تاریک چیست؟
دانشمندان با تطبیق یک مدل نظری از ترکیب جهان به مجموعه مشاهدات کیهان‌شناسی ترکیبی را که در بالا توضیح دادیم، یعنی 68% انرژی تاریک، 27% ماده تاریک، 5% ماده نرمال به دست آورده‌اند. ماده تاریک چیست؟
ما خیلی بیشتر مطمئن هستیم که ماده تاریک چیست تا آنچه هست. اول اینکه تاریک است یعنی به شکل ستاره و سیاره ای که ما می بینیم نیست. مشاهدات نشان می دهد که ماده قابل مشاهده در جهان بسیار کم است که نمی تواند 27٪ مورد نیاز مشاهدات را تشکیل دهد. دوم، این به شکل ابرهای تیره از ماده معمولی نیست، ماده ای که از ذراتی به نام باریون تشکیل شده است. ما این را می دانیم زیرا می توانیم ابرهای باریونی را با جذب تشعشعات عبوری از آنها تشخیص دهیم. ثالثاً، ماده تاریک پادماده نیست، زیرا ما پرتوهای گامای منحصر به فردی را که هنگام نابودی پادماده با ماده تولید می شود، نمی بینیم. در نهایت، بر اساس تعداد لنزهای گرانشی که می بینیم، می توانیم سیاهچاله های بزرگ به اندازه کهکشان را رد کنیم. غلظت بالای ماده نوری را که از اجسام دورتر از نزدیکی آنها عبور می کند خم می کند.

خوشه پاندورا آشکار شد
یکی از پیچیده‌ترین و چشمگیرترین برخوردهای بین خوشه‌های کهکشانی در این تصویر ترکیبی جدید از Abell 2744 ثبت شده است. رنگ آبی نقشه‌ای از غلظت کل جرم (عمدتا ماده تاریک) را نشان می‌دهد.

با این حال، در این مرحله، هنوز چند احتمال ماده تاریک وجود دارد که قابل دوام هستند. ماده باریونی همچنان می‌تواند ماده تاریک را بسازد اگر همه آن‌ها به صورت کوتوله‌های قهوه‌ای یا در قطعات کوچک و متراکم عناصر سنگین گره خورده باشند. این احتمالات به عنوان اجسام هاله فشرده عظیم یا " MACHO " شناخته می شوند. اما رایج ترین دیدگاه این است که ماده تاریک به هیچ وجه باریونی نیست، بلکه از ذرات عجیب و غریب دیگری مانند آکسیون ها یا WIMPS ( ذرات پرجرم با تعامل ضعیف) تشکیل شده است .
NGC 1052-DF2

D ark Matter در کهکشان Oddball گم می شود
محققان وقتی کهکشان NGC 1052-DF2 را کشف کردند که بیشتر، اگر نگوییم همه، ماده تاریک خود را از دست داده است، شگفت زده شدند.