Tamsioji materija
5 (100%) 1 vote

Tamsioji materija

TURINYS

Įvadas 3

Masė ir svoris 4

Galaktikų masių nustatymas 5

Doplerio Poslinkis 5

Sukamasis Greitis 6

Šviesos matymas 6

Tamsioji Materija 7

Didžkiai 7

Rudieji nykštukai 7

Juodosios skylės 8

Didžkių aptikimas 12

Paieškos su Hablu 12

Gravitaciniai lęšiai 12

Besisukančios žvaigždės 13

Mažyliai 14

Mažylių aptikimas 14

Tamsioji materija ir visata 15

Didysis Sprogimas 15

Susitelkimas 16

Uždara, atvira, lygi 16

Išvados 17

Literatūros sąrašas 18

Įvadas

Kosmologija – mokslas apie visatos pradžią, formavimąsi ir evoliuciją – šiuo metu yra labai painioje būklėje. Mokslininkai, naudodami skirtingus metodus, kad apskaičiuotų galaktikų mases, rado tam tikrų neatitikimų, kurie rodo, kad daugiau nei 90 procentų visatos yra tokios formos materija, kurios mes negalime matyti. Taigi šiuo metu mokslininkai nežino, kas sudaro daugiau nei 90 procentų visatos. Tai, žinoma, yra gana nesmagi situacija. Nors daug dalykų, kuriuos matome, mums jau tampa suprantami dėka didžiulių atradimų apie žvaigždžių susidarymą, galaktikų struktūrą. Taip pat supratome nuostabius reiškinius, tokius kaip supernova. Tačiau, atrodo, kad yra kitas visatos komponentas, kuris, greičiausiai, sudaro didžiąją dalį visatos masės, kurios mes negalime matyti ir vis dar visiškai nesuprantame.

Nuogirdos apie šią „Tamsiają Materiją“ plinta po įvairius populiarius mokslo straipsnius jau beveik visa amžių. Iš kur mes žinome, ar tai ištiktųjų yra? Kas tai yra ištiktųjų? Kas mums iš to, kad ji yra? Būtent į šiuos klausimus ir bandysiu atsakyti šiame savo darbe.

Masė ir svoris

1933 metais astronomas Fritz Zwicky tyrinėjo tolimų galaktikų judėjimą. Zwickis apskaičiavo bendrą galaktikų grupės masę, matuodamas jų šviesumą. Kai jis pabandė apskaičiuoti tos pačios galaktikų grupės masę kitokiu metodu, jis gavo 400 kartų didesnį skaičių nei prieš tai. Šis apskaičiuotų masių neatitikimas taip pat vadinamas „trūkstamos masės problema“. Niekas perdaug nekreipė dėmesio į Zwickio atradimą iki 1970m., kai mokslininkai pradėjo suvokti, kad tik dideli nežinomos masės kiekiai galėtų paaiškinti daugelį jų stebėjimų. Mokslininkai taip pat suprato, kad nematomos masės egzistavimas paremtų tam tikras idėjas apie visatos struktūrą. Šiandien mokslininkai ieško paslaptingos tamsiosios materijos ne tik tam, kad paaiškintų gravitacinius galaktikų judėjimus, bet ir tam, kad patvirtintų dabartines teorijas apie visatos kilmę ir likimą.

Kas būtent yra masė ir svoris? Dauguma žmonių pasakytų, kad masė yra tai, kiek tu sveri. Tačiau mokslininkams masė ir svoris yra skirtingi dalykai. Masė yra materijos kiekio matas, t.y. kiek medžiagos kažkur yra. Tačiau svoris yra gravitacijos poveikis tai medžiagai. Svoris priklauso nuo masės. Kuo didesnė tavo masė, tuo labiau tave traukia gravitacija, ir tuo daugiau tu sveri. Kai astronautas skraido kosmose, jis nieko nesveria, tačiau jis vis dar turi kūną, vadinasi ir masę.

Mokslininkai nustatė kad nuo 90 iki 99 procentų visatos masės yra trūkstama materija. Iš tikrųjų terminas „trūkstama materija“ gali klaidinti – trūksta ne materijos, o šviesos. Mokslininkai žino, kad trūkstama materija egzistuoja, tačiau jie jos negali matyti. Vašingtono Universiteto Astronomijos departamento pirmininkas Briusas H. Margonas „New York Times“ pasakė: „Mes esame tikrai nesmagioje situacijoje, pripažindami, kad negalime rasti 90 procentų visatos“. Ši problema verčia mokslininkus peštis, ieškant rasti, kur ir kas yra tamsioji materija. „Kas tai yra, yra bet kieno spėjimas,“ – prideda Dr. Margonas. „Motina gamta stipriai juokiasi. Ji paslėpė visatoje didžiąją materijos dalį, ir paslėpė ją tokioje formoje, kurios mes nematome.“

Galaktikų masių nustatymas

Kaip mes apskaičiuojame visatos masę? Jei visatos ribos nežinomos (jei tokios yra), tai tikroji visatos masė irgi nežinoma. Tačiau mokslininkai šneka apie trūkstamą visatos masę procentais, o ne konkrečiais skaičiais. Kadangi didžioji materijos, kurią mes matome, dalis visatoje yra susispietusi į galaktikas, tai bendra galaktikų masė turėtų būti geras visatos masės rodiklis. Nors neįmanoma sudėti begalinio galaktikų skaičiaus, mokslininkai gali numanyti procentinį trūkstamos visatos masės skaičių iš trūkstamos masės apskaičiavimų galaktikose bei jų spiečiuose. Ir dėl to, kad mokslininkai naudoja skirtingus metodus, kad apskaičiuotų galaktikų mases, jie gali atrasti masę kurios nemato.

Doplerio Poslinkis

Vienas iš metodų kurį mokslininkai naudoja nustatyti galaktikų judėjimui yra Doplerio Poslinkis. Doplerio poslinkio efektas buvo atrastas Kristiano Doplerio 1842m., kai jis pastebėjo, kad garso bangos juda panašiai kaip bangos vandenyno paviršiuje. Jis taip pat pastebėjo, kad kai garso šaltinis juda, garso aukštis pasikeičia, priklausomai nuo to, ar šaltinis juda tolyn, ar artyn prie klausytojo. Pavyzdžiui, traukinio garso signalas. Kai traukinys pralekia pro jus, signalo tonas nukrenta. Tai ir yra Doplerio Poslinkis. Kai traukinys artėja, garso bangos priešais jį suspaudžiamos dėl traukinio judėjimo. Kai traukinys tolsta, garso bangos išsitempia.



Doplerio poslinkis lygiai taip pat veikia ir su šviesa. Kai šviesos šaltinis juda artyn, šviesa tampa melsva (mėlynasis poslinkis). Kai šaltinis tolsta, šviesa tampa rausva (raudonasis poslinkis). Ir kuo greičiau kažkas juda, tuo labiau pasikeičia šviesa. Tačiau Doplerio Poslinkis šviesoje yra labai nežymus, ir plika akimi jo nepastebėsi. Mokslininkai naudoja specialų prietaisą – spektroskopą, kad išmatuotų doplerio poslinkį ir išsiaiškintų kaip greitai juda žvaigždės ir galaktikos.

Doplerio reiškinys. Registruojamo elektromagnetinių bangų dažnio arba bangos ilgio priklausomybė nuo šaltinio ir imtuvo tarpusavio judėjimo greičio. Jei šaltinis artėja prie imtuvo, bangų dažnis didėja, o bangos ilgis trumpėja (mėlynasis poslinkis). Jei šaltinis tolsta nuo imtuvo, tai bangų dažnis mažėja, o bangos ilgis didėja (raudonasis poslinkis). Jei šaltinio ir imtuvo tarpusavio greitis v, tai linijų poslinkis

z = ( – 0 ) / 0 = v/c ,

čia c yra šviesos greitis, 0 – nejudančio šaltinio bangos ilgis, – judančio šaltinio bangos ilgis.. Astronomijoje naudojamas dangaus objektų radialiniams greičiams matuoti.

Sukamasis Greitis

Pasinaudodami Doplerio Poslinkiu, mokslininkai gali labai daug sužinoti apie galaktikų judėjimą. Jie žino, kad galaktikos sukasi, nes, žiūrint iš krašto, šviesa viename galaktikos gale yra rausva, o kitame melsva. Vadinasi, vienas galaktikos galas tolsta nuo žemės, kitas artėja. Tai parodo, kad galaktika sukasi. Jie taip pat gali išsiaiškinti, kokiu greičiu galaktika sukasi, priklausomai nuo to, kaip stipriai sviesa yra pakitusi. Žinant, kokiu greičiu galaktika sukasi, matematiškai galima apskaičiuoti galaktikos masę.

Tačiau, pasižiūrėję įdėmiau į galaktikų sukimosi greičius, mokslininkai pamatė kaiką keisto. Pavienės žvaigždės galaktikoje turėtų elgtis kaip planetos mūsų saulės sistemoje – kuo toliau nuo centro, tuo lėčiau jos turėtų judėti. Tačiau Doplerio Poslinkis rodo, kad daugumoje galaktikų, žvaigždės, esančios toliau nuo centro, nesulėtėja. Ir negana to, žvaigždės juda tokiais greičiais, kad galaktiką turėtų suplėšyti į gabalus. Apskaičiuotos masės nepakanka, kad suteiktų gravitaciją, reikalingą išsilaikyti galaktikai.

Šie aukšti sukimosi greičiai rodo, kad galaktika turi daugiau masės negu buvo apskaičiuota. Mokslininkai numano, kad jei galaktiką suptų nematoma materija, galaktika galėtų likti stabili su tokiais aukštais sukimosi greičiais.

Šviesos matymas

Kitas metodas, kuriuo astronomai apskaičiuoja galaktikos masę, yra tiesiog žiūrėjimas, kiek šviesos yra skleidžiama. Išmatuodami šviesos kiekį, kuris pasiekia žemę, mokslininkai gali įvertinti žvaigždžių kiekį galaktikoje. Žinodami žvaigždžių kiekį galaktikoje, mokslininkai gali matematiškai apskaičiuoti galaktikos masę.

F. Zwickis naudojo abu aprašytus metodus, kad apskaičiuotų galaktikų spiečiaus masę prieš daugiau nei pusę amžiaus. Palyginęs gautus duomenis, jis iškėlė į dienos šviesą trūkstančios masės problemą. Duomenys rodo, kad 10 procentų to, ką mes vadiname visata, yra tokios formos, kurią mes matome. Dabar mokslininkai stropiai ieško nesuprantamos tamsiosios materijos, kitų 90 visatos procentų.

Tamsioji Materija

Ko mokslininkai tikisi, kai jie ieško tamsiosios materijos? Mes negalime jos pamatyti ar paliesti: ji yra numanoma. Tamsiosios materijos sritis gali būti nuo mažyčių subatominių dalelių, sveriančių 100000 kartų mažiau nei elektronas, iki juodųjų skylių, kurių masės milijonus kartų viršija saulės. Dvi pagrindinės kategorijos, kurios, mokslininkai mano, gali pretenduoti į juodąją materiją, buvo pavadintos MACHO (Massive Astrophysical Compact Halo Objects) ir WIMP (Weakly Interacting Massive Particles). Šiame tekste juos vadinsiu „didžkiais“ ir „mažyliais“. Nors šie pavadinimai skamba juokingai, tačiau jie padės prisiminti, kas yra kas. Didžkiai yra dideli, stiprūs tamsiosios materijos objektai, dydžiais svyruojantys nuo mažų žvaigždžių iki itin masyvių juodųjų skylių. Didžkiai yra sudaryti iš „įprastos“ materijos, kuri yra vadinama barionine materija. Kita vertus Mažyliai yra mažyčiai, silpni, subatominiai tamsiosios materijos kandidatai, kurie, manoma, susidaro iš „neįprastos“ materijos, vadinamos nebarionine materija. Astronomai ir dalelių fizikai nesutaria dėl to, kas jų manymu yra tamsioji materija. Astronomai ieško Didžkių, o dalelių fizikai ieško Mažylių. Kadangi Didžkiai yra per toli, o Mažyliai per maži kad juos pamatytume, astronomai ir dalelių fizikai sugalvojo būdų jų egzistavimui pagrįsti.

Šiuo metu Jūs matote 30% šio straipsnio.
Matomi 1504 žodžiai iš 4982 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.