Složení vesmíru

Vesmír je obrovské a fascinující místo. Když astronomové uvažují o tom, z čeho jsou vyrobeny, mohou přímo ukazovat na miliardy galaxií, které obsahuje. Každá z nich má milióny nebo miliardy - nebo dokonce biliony - hvězd. Mnoho z těchto hvězd má planety. Existují také mraky plynu a prachu.

Mezi galaxiemi, kde se zdá, že by existovalo jen velmi málo „věcí“, na některých místech existují mraky horkých plynů, zatímco v jiných oblastech jsou téměř prázdné mezery. Všechno to je materiál, který lze detekovat. Jak obtížné tedy může být podívat se do vesmíru a odhadnout s přiměřenou přesností množství světelné hmoty (materiál, který můžeme vidět) v vesmír, použitím rádio, infračervený a rentgen astronomie?

Nyní, když mají astronomové vysoce citlivé detektory, dělají velké pokroky ve zjišťování hmoty vesmíru a toho, co tuto hmotu tvoří. Ale to není problém. Odpovědi, které dostávají, nedávají smysl. Je jejich způsob sčítání hmoty špatný (nepravděpodobný) nebo je tam něco jiného; něco jiného, ​​co nemohou

Jedním z největších důkazů pro hmotu vesmíru je něco, co se nazývá kosmické mikrovlnné pozadí (CMB). Nejedná se o fyzickou „bariéru“ nebo něco podobného. Místo toho je to stav raného vesmíru, který lze měřit pomocí mikrovlnných detektorů. CMB sahá krátce po Velkém třesku a je to vlastně teplota pozadí vesmíru. Představte si to jako teplo, které je detekovatelné v celém vesmíru stejně ze všech směrů. Není to přesně jako teplo přicházející ze Slunce nebo vyzařující z planety. Místo toho je to velmi nízká teplota měřená při 2,7 ° K. Když astronomové jdou měřit tuto teplotu, vidí malé, ale důležité fluktuace, které se šíří skrz toto „teplo“ v pozadí. Skutečnost, že existuje, však znamená, že vesmír je v podstatě „plochý“. To znamená, že se bude navždy rozšiřovat.

Co tedy tato rovinnost znamená pro zjišťování hmotnosti vesmíru? V podstatě, vzhledem k měřené velikosti vesmíru, to znamená, že v něm musí být dostatek hmoty a energie, aby byl „plochý“. Problém? Když astronomové sčítají všechny "normální" záležitost (jako jsou hvězdy a galaxie plus plyn ve vesmíru, to je jen asi 5% kritické hustoty, kterou musí plochý vesmír zůstat plochý).

To znamená, že 95 procent vesmíru dosud nebylo detekováno. Je to tam, ale co to je? Kde to je? Vědci tvrdí, že existuje jako temná hmota a temná energie.

Hmota, kterou můžeme vidět, se nazývá „baryonská“ hmota. Jsou to planety, galaxie, plynové mraky a shluky. Hmota, kterou nelze vidět, se nazývá temná hmota. K dispozici je také energie (světlo) které lze měřit; zajímavé je, že existuje také tzv. „temná energie“. a nikdo nemá velmi dobrou představu o tom, co to je.

Co tedy tvoří vesmír a v jakých procentech? Zde je rozpis současných poměrů hmoty ve vesmíru.

Za prvé, existují těžké prvky. Tvoří asi 0,03% vesmíru. Téměř půl miliardy let po narození vesmíru byly jedinými prvky, které existovaly, vodík a helium. Nejsou těžké.

Avšak poté, co se hvězdy narodily, žily a zemřely, vesmír začal být nasazen prvky těžšími než vodík a helium, které byly „vařeny“ uvnitř hvězd. To se stává, když hvězdy v jejich jádrech taví vodík (nebo jiné prvky). Stardeath šíří všechny tyto prvky do vesmíru prostřednictvím planetárních mlhovin nebo výbuchů supernovy. Jakmile jsou rozptýleny do vesmíru. jsou prvotřídním materiálem pro budování příští generace hvězd a planet.

Jedná se však o pomalý proces. Dokonce téměř 14 miliard let po svém vytvoření je jen malý zlomek hmoty vesmíru složen z prvků těžších než helium.

Neutrina jsou také součástí vesmíru, i když jen asi 0,3 procenta z toho. Vznikají během jaderné fúze v jádrech hvězd, neutrina jsou téměř bezhmotné částice, které se pohybují téměř rychlostí světla. Ve spojení s nedostatkem náboje znamenají jejich malé hmotnosti, že s hmotou neinteragují snadno, s výjimkou přímého dopadu na jádro. Měření neutrin není snadný úkol. Ale umožnilo vědcům získat dobré odhady míry jaderné fúze našeho Slunce a dalších hvězd, jakož i odhad celkové populace neutrinů ve vesmíru.

Když hvězdáři hledí na noční oblohu, většina toho, co vidí, jsou hvězdy. Tvoří asi 0,4 procenta vesmíru. Přesto, když se lidé dívají na viditelné světlo přicházející z jiných galaxií, většina z toho, co vidí, jsou hvězdy. Zdá se zvláštní, že tvoří jen malou část vesmíru.

A co víc, hojnější než hvězdy a neutrina? Ukazuje se, že ve čtyřech procentech tvoří plyny mnohem větší část vesmíru. Obvykle zabírají prostor mezi hvězd a v tomto ohledu prostor mezi celými galaxiemi. Mezihvězdný plyn, který je většinou jen volným elementárním vodíkem a heliem, tvoří většinu hmoty ve vesmíru, kterou lze přímo měřit. Tyto plyny jsou detekovány pomocí přístrojů citlivých na rádiové, infračervené a rentgenové vlnové délky.

Temná hmota

Druhé nejhojnější „věci“ vesmíru je něco, co nikdo neviděl jinak detekovaný. Přesto tvoří asi 22 procent vesmíru. Vědci analyzující pohyb (otáčení) galaxií, stejně jako interakci galaxií v klastrech galaxií, zjistilo, že veškerý přítomný plyn a prach nestačí k vysvětlení vzhledu a pohybů galaxií. Ukazuje se, že 80 procent hmotnosti v těchto galaxiích musí být „tmavé“. To znamená, že to není zjistitelné v žádný vlnová délka světla, rádiové gama paprsek. Proto se tato „látka“ nazývá „temná hmota“.

Identita této záhadné mše? Neznámý. Nejlepší kandidát je studená temná hmota, který je považován za částici podobnou neutrinu, ale s mnohem větší hmotností. Předpokládá se, že tyto částice, často známé jako slabě interagující masivní částice (WIMP) vznikly z tepelných interakcí brzy galaxie formace. Dosud jsme však nebyli schopni detekovat temnou hmotu, přímo ani nepřímo, ani ji vytvořit v laboratoři.

Nejhojnější hmotou vesmíru nejsou temná hmota nebo hvězdy nebo galaxie nebo mraky plynu a prachu. Je to něco, co se nazývá „temná energie“ a tvoří 73 procent vesmíru. Temná energie ve skutečnosti není (pravděpodobně) ani masivní. Což činí jeho kategorizaci „hmoty“ poněkud matoucí. Tak co to je? Možná je to velmi zvláštní vlastnost samotného časoprostoru, nebo možná i nějaké nevysvětlené (dosud) energetické pole, které proniká celým vesmírem. Nebo to není nic z toho. Nikdo neví. Říká to pouze čas a spousta a mnohem více dat.

Upraveno a aktualizováno uživatelem Carolyn Collins Petersen.