Ciemna materia

Z Wikipedii

Gromada galaktyk Pocisk - pośredni dowód obserwacyjny na istnienie ciemnej materii - na zdjęciu materia widzialna: gwiazdy i gaz (kolor czerwony) i sugerowany kształt ciemnej materii (kolor niebieski), wyjaśniający nietypowe zachowanie tej gromady galaktyk.

Gromada galaktyk Abell 520 kolor niebieski - ciemna materia, kolor różowy - gorący gaz^[1]

Ciemna materia – materia nieemitująca i nieodbijająca światła, której istnienie zdradzają jedynie wywierane przez nią efekty grawitacyjne. Według współczesnej wiedzy stanowi większość masy Wszechświata. Istnienie ciemnej materii zostało pośrednio potwierdzone obserwacyjnie w 2006 roku, ale jej dokładna natura (z czego się składa) do tej pory nie została wyjaśniona. Jest obecnie jedną z największych zagadek w kosmologii i fizyce cząstek elementarnych.

[edytuj] Historia i argumenty obserwacyjne

W latach 70. i 80. XX wieku liczne obserwacje, zwłaszcza krzywych rotacji galaktyk wykazały, że masa obserwowanej materii we Wszechświecie jest niewystarczająca, aby wytłumaczyć istniejące siły grawitacji wewnątrz galaktyk i pomiędzy nimi. W szczególności gwiazdy na obrzeżach galaktyk poruszają się znacznie szybciej niż wynikałoby to z przyciągania przez obserwowaną materię. Tę sytuację próbowano tłumaczyć m.in. zakładając że grawitacja na dużych odległościach działa inaczej niż wynika z mechaniki klasycznej (patrz MOND), albo że galaktyki otacza niewidoczne dla nas halo, zawierające brakującą masę.

Początkowo, termin ciemna materia był bardzo kontrowersyjny, gdyż sprawiał wrażenie typowej hipotezy stworzonej ad-hoc. Obserwacje soczewkowania grawitacyjnego umożliwiły z czasem określenie prawdopodobnego rozkładu nieobserwowanej materii, co przekonało do jej istnienia większość środowiska naukowego.^[2]

Za koronny dowód jej istnienia przyjmuje się dane obserwacyjne gromady galaktyk Pocisk, opublikowane w sierpniu 2006 roku. Obok miejsca zderzenia dwóch gromad galaktyk znajdują się tam obszary soczewkujące grawitacyjnie, w których nie znajdują się gwiazdy ani gaz. Zawierają one prawdopodobnie materię nie oddziałującą ze zwykłą materią, która nie została wyhamowana w czasie zderzenia.^{[3] [4][5]}

[edytuj] Właściwości i hipotezy wyjaśniające

Mozaika zdjęć gromady galaktyk CL0024+17 zrobionych przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a, pokazująca soczewkowanie grawitacyjne pierścienia ciemnej materii.

Zgodnie ze współczesnymi hipotezami, ciemna materia występuje w całym Wszechświecie, zarówno w przestrzeni międzygwiezdnej wewnątrz galaktyk jak i między galaktykami. Nie świeci ona i nie wywiera ciśnienia. Wpływa w istotny sposób na powstawanie galaktyk, anizotropię mikrofalowego promieniowania tła i ewolucję Wszechświata.

Ciemna materia nie musi być zbudowana z jednego rodzaju cząstek. Przypuszcza się istnienie kilku typów ciemnej materii.

• Barionowa ciemna materia - czyli zbudowana z protonów i neutronów. Częścią ciemnej materii mogą być masywne nieświecące obiekty MACHO i brązowe karły.
• Niebarionowa ciemna materia:
  • gorąca ciemna materia - zbudowana z cząstek poruszających się prędkościami relatywistycznymi. Takimi cząstkami mogą np. być neutrina, choć według obecnej wiedzy nie mogą stanowić całej ciemnej materii.
  • zimna ciemna materia - zbudowana z nieoddziałujących elektromagnetycznie masywnych cząstek poruszających się z mniejszymi prędkościami (WIMP). Nie odkryto dotychczas cząstek które spełniałyby te wymagania.

Jedynymi znanymi cząstkami niebarionowej ciemnej materii są neutrina. Prawdopodobne wydają się aksjony, WIMPy i ciemna materia Kaluzy-Kleina (ang. Kaluza-Klein Dark Matter, zob. teoria Kaluzy-Kleina). Rozważa się też takie cząstki, jak neutrino sterylne, WIMPzilla i LIMPy.

[edytuj] Hipotezy alternatywne

Istnieje kilka hipotez alternatywnych, próbujących tłumaczyć w inny sposób zjawiska, z powodu których stworzono hipotezę ciemnej materii.

Np. izraelski fizyk Mordehai Milgrom zaproponował modyfikację dynamiki newtonowskiej (MOND). W jego dynamice, prawo mówiące, że siła jest wprost proporcjonalna do masy i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości ulega modyfikacji, w przypadku, gdy oddziaływanie jest bardzo słabe. Zmodyfikowane równanie Newtona ma postać:

gdzie μ (x) jest funkcja taką, że

i

a₀ jest stałą o wymiarze przyspieszenia, a₀ ~ 10^-8 cm/s². Według tej teorii siła grawitacji na większe odległości byłaby większa niż się obecnie przypuszcza, a to tłumaczyłoby stabilność dysków galaktyk spiralnych. Idea zmodyfikowanej teorii grawitacji dobrze tłumaczy krzywe rotacji galaktyk i nie wymaga potrzeby realnego istnienia ciemnej materii. Jednakże nie udało się stworzyć relatywistycznej wersji tej hipotezy, nie można zatem ustalić na jej podstawie jaki byłby model kosmologiczny oparty na jego teorii.

[edytuj] Zobacz też

• ciemna energia
• OGLE
• soczewkowanie grawitacyjne

[edytuj] Linki zewnętrzne

• Teleskop Hubble'a znalazł pierścień ciemnej materii

Przypisy