Del:
10 måder Mørk materie kunne forklare universet
Mørkstofpartikler producerer ikke, reflekterer eller absorberer lys. Men selv om vi ikke kan se mørk materie direkte, og vi stadig ikke forstår dens natur, tror forskerne, at det udgør omkring 26 procent af vores kendte univers baseret på, hvordan dens tyngdekraft trækker samspil med andre rumobjekter. Ligesom vinden blæser grene af et træ, kan vi ikke se mørkt materiale, men vi kan se, hvordan det påvirker dets omgivelser. Fra disse observationer og analyser udvikler vores forskere fascinerende teorier om mørkt stof. Hvis det er sandt, kan de ændre vores forståelse af universet på dybe måder.
10Dark Matter kan forårsage masseforløb
Michael Rampino, biologi professor fra New York University, mener, at Jordens bevægelse gennem den galaktiske disk (vores region i Melkevejs galaksen) kan have forårsaget massestørrelsesbegivenheder på Jorden. Dette skete, fordi vores bevægelse forstyrrede kredsløbene af kometer i det ydre solsystem (kendt som "Oort Cloud") og øget varmen i vores planetens kerne.
Med sine planeter i slæb, kredser solen rundt om midten af Mælkevejen hvert 250 millioner år. Under sin rejse væves det gennem galaktisk skive om hver 30 millioner år. Rampino hævder, at Jordens trek gennem disken falder sammen med kometpåvirkninger og masseudslettelseshændelser på Jorden, herunder de for 65 millioner år siden, da en asteroide antages at have dræbt dinosaurerne. Der er også en teori om, at vulkanudbrud tynder dinosaurbesætningen lige før en asteroide afsluttede dem.
Kombinationen af usædvanlig vulkansk aktivitet og en asteroide strejke, der falder sammen med jordens kredsløb gennem galaktiske disken, vil spille perfekt i Rampinos teori. "Mens du rejser gennem disken, forstyrrer det mørke stof koncentreret der forstyrrelser af kometer, der typisk kredser langt fra Jorden i det ydre solsystem," sagde Rampino. "Det betyder, at kometer, der normalt rejser på store afstande fra Jorden, i stedet tager usædvanlige stier, hvilket får nogle af dem til at kollidere med planeten." Nogle hævder, at Rampinos teori ikke virker, fordi dinosaurerne døde af en asteroide, ikke en komet. Omkring 4 procent af Oort Cloud består dog af asteroider, hvilket svarer til otte milliarder af dem, der flyder rundt derude.
Derudover mener Rampino, at hver af Jordens kredsløb gennem den galaktiske disk forårsager, at mørkt stof ophobes i planetens kerne. Da partiklerne af mørkt stof udsletter hinanden, skaber de intens varme, der kan forårsage vulkanudbrud, havniveau ændringer, bjergbygning og anden geologisk aktivitet, der også dramatisk påvirker det biologiske liv på Jorden.
9Melkevejen kan være et enormt ormhul
Er det muligt, at vi lever i en gigantisk tunnel, der giver en genvej gennem universet?
Som forudsagt af Einsteins generelle relativitetsteori er et ormhul et område hvor rum og tid bøjes for at skabe en genvej til en fjern del af universet. Ifølge astrofysikere fra International School for Advanced Studies i Trieste, Italien, kan mørk materie i vores galakse blive fordelt på en måde, der tillader et stabilt ormhul at eksistere midt i vores mælkevej. Disse forskere mener, at det kan være tid for os at genoverveje mørkets natur. Måske er mørkt materiale simpelthen en anden dimension.
"Hvis vi kombinerer kortet over det mørke stof i Mælkevejen med den nyeste big bang-model til at forklare universet," sagde professor Paulo Salucci, "og vi hypoteser eksistensen af rumtids tunneler, hvad vi får er, at vores galaksen kunne virkelig indeholde en af disse tunneler, og at tunnelen selv kunne være størrelsen af galaksen selv. Men der er mere. Vi kunne endda rejse gennem denne tunnel, da det kunne baseres på vores beregninger. Ligesom den, vi alle har set i den seneste film interstellar.”
Det er selvfølgelig bare en teori. Men forskere mener, at mørkt materiale kan være nøglen til at skabe ormhuller og bestemme, hvordan man skal observere dem. Indtil videre er der ikke fundet naturlige ormhuller.
8The Discovery Of Galaxy X
Galaxy X er også kendt som den mørke materie galakse, en mest usynlig dværggalakse, der kan forårsage ulige krusninger i den kolde hydrogengas ved ydersiden af Melkevejs disk. Galaxy X antages at være en galakse af Melkevejen, og huser en klynge af fire Cepheid-variabler, pulserende stjerner, der bruges som markører for at hjælpe os med at måle afstande i rummet. Vi kan ikke se resten af denne dværggalakse, fordi det tilsyneladende består af usynligt mørkt materiale. Imidlertid forårsagede den enorme gravitationstræk af den mørke materiegalakse nok de krusninger vi har set. Uden en gravitationskilde som mørk materie holder dem sammen, er det også meget usandsynligt, at fire Cepheid variable stjerner ville placeres så tæt på hinanden i midten af rummet i stedet for at flyve fra hinanden.
"Opdagelsen af Cepheid-variablerne viser, at vores metode til at finde placeringen af mørkestof dominerede dværggalakser virker," sagde astronomen Sukanya Chakrabarti. "Det kan måske hjælpe os til at forstå det mørke materie der består af. Det viser også, at Newtons tyngdeorientering kan bruges ud til en galaks længste rækkevidde, og at der ikke er behov for at ændre vores tyngdeorientering. "
7Disintegration af Higgs Boson til mørk materie
Udviklet på 1970'erne er standardmodellen for partikelfysik et sæt teorier, der formentlig forudsiger alle de kendte subatomære partikler i universet og hvordan de interagerer.Med 2012-bekræftelsen af eksistensen af Higgs boson (også kendt som "Guds partikel"), var standardmodellen færdig. Desværre forklarer denne model ikke alt, især mørkt materiale, gravitationsstyrken, der holder galakser sammen. Higgs-partiklens masse virker også meget for lavt for nogle forskere.
Det drev forskere ved Chalmers University of Technology til at foreslå en ny model baseret på supersymmetri, som giver hver kendt partikel i Standard Model en tungere superpartner. Ifølge denne nye teori vil en lille del af Higgs-partiklerne falde ned i en foton (en lyspartikel) og to gravitinos (mørke stofpartikler). "Hvis modellen synes at passe, ville den helt ændre vores forståelse af de grundlæggende byggesten i naturen," siger Christoffer Petersson fra Chalmers. Modellen vil blive testet på Large Hadron Collider i Schweiz.
6Dark Matter I Solen
Afhængigt af den metode, der anvendes til at analysere solen, svinger mængden af elementer tyngre end hydrogen eller helium med 20-30 procent. Vi kan måle hvert af disse elementer ved at se på det spektrum af lys, det udsender, som et tydeligt fingeraftryk, eller ved at studere, hvordan det påvirker lydbølger, der rejser gennem Solen, hvilket medfører små ændringer i solens lysstyrke. Den mystiske forskel mellem disse to målinger af solens elementer kaldes solopgangsproblemet.
Vi har brug for nøjagtige målinger af disse elementer for at forstå Solens kemiske sammensætning såvel som dens densitet og temperatur. På mange måder vil det også hjælpe os med at forstå andre stjerners sminke og opførsel såvel som deres planeter og galakser.
I årevis har forskere ikke været i stand til at udtænke en brugbar løsning. Så foreslog astropartikelfysikeren Aaron Vincent og hans kollegaer mørkt materiale i solens kerne som et muligt svar på problemet. Efter at have kørt mange simuleringer, kom de op med en teori, der syntes at virke. Men det indeholdt en særlig type mørk materie, kaldet "svagt interagerende asymmetrisk mørkt stof", som kan være enten sagen eller antimateriel, men ikke begge dele.
Fra målinger af tyngdekraften ved videnskabsfolk, at en halo af mørkt materiale omgiver solen. Asymmetriske mørke stofpartikler indeholder ikke meget antimatter, så de kan overleve kontakt med normalt materiale og opbygges i solens kerne. Disse partikler antages også at absorbere energi i Solens centrum og derefter transportere denne varme til yderkanterne, hvilket kunne tage højde for solbeløbet.
"Den største fordel ved asymmetrisk mørkt materiale er, at en masse af det kan akkumulere i solen, da det går hurtigt gennem den mørke materieblok, der engagerer Vintervejen," sagde Vincent. "Hvis det mørke stof var selvudslettende, ville det mørke stof forsvinde, før der transporteres en betydelig mængde varme fra Solens kerne."
5Dark Matter kan være makroskopisk
Forskere fra Case Western Reserve har stillet spørgsmålstegn ved, om forskere søger efter mørkt stof på de rigtige steder. Specielt tyder de på, at mørkt materiale ikke må laves af små eksotiske partikler som WIMP'er (svagt interaktive massive partikler), men i stedet for makroskopiske objekter, der kan variere fra et par ounce til så store som en asteroide. Men disse forskere begrænser deres teori om hvor man skal se ved at tage højde for det, der allerede er blevet observeret i rummet. Dette får dem til at tro, at standardmodellen for partikelfysik vil give svaret. De tror ikke, at en ny model er nødvendig for mørkt materiale.
Forskerne har kaldt deres mørke materieobjekter "makroer". De antyder ikke, at vi eliminerer WIMPS og axions (svagt interaktive lavmassepartikler) fra hensyntagen, men simpelthen at vi udvider søgningen efter mørkt stof til at omfatte andre kandidater. Der er eksempler på materiel, der hverken er almindelige eller eksotiske, som ikke er undersøgt, men som falder inden for parametrene for standardmodellen.
"Samfundet var venligt vendt væk fra tanken om, at mørkt materiel kunne laves af normal-ish ting i slutningen af 80'erne", sagde fysikprofessor Glenn Starkman. "Vi spørger, var det helt korrekt, og hvordan ved vi, at mørkt materiale ikke er mere almindelige ting, der kunne laves af kvarker og elektroner?"
4GPS Detection Of Dark Matter
To fysikere har foreslået at bruge GPS-satellitter til at finde mørkt materiale, som forskerne foreslår, ikke kan være partikler som almindeligt antaget, men i stedet tårer i rumtids stoffet. "Vores forskning forfølger ideen om, at mørkt materiale kan organiseres som en stor gaslignende samling af topologiske defekter eller energibreger," sagde Andrei Derevianko fra University of Nevada. "Vi foreslår at opdage fejlene, det mørke stof, som de fejer gennem os med et netværk af følsomme atomure. Ideen er, hvor urene går ud af synkronisering, ville vi vide, at mørkt materiel, den topologiske defekt, er gået forbi. Faktisk forestiller vi sig ved at bruge GPS-konstellationen som den største menneskeskabte mørkemissionsdetektor. "
Forskerne analyserer data fra 30 GPS-satellitter for at se, om deres teori giver mening. Hvis mørkt materiale faktisk er som en gas, vil Jorden passere gennem det, mens den kredser om galaksen. Påvirkende som vind, vil klumper af mørkt materiale blæse ved Jorden og dets satellitter, hvilket får GPS-uret i satellitterne og på jorden til at miste synkroniseringen nogle gange i ca. tre minutter. Forskere skal kunne overvåge eventuelle uoverensstemmelser over en milliardedel af et sekund.
3Dark Energy kan være at spise mørkt materiale
Ifølge nyere forskning ser mørk energi ud til at spise mørk materie som de to interagerer, hvilket igen svækker væksten af galakser og kan i sidste ende gøre universet næsten et tomt sted. Det kan være, at det mørke stof falder ned i mørk energi, men vi ved det endnu ikke. Den Europæiske Unions Planck-rumfartøj gav for nylig os præcise tal på universets fysiske sminke: 4,9 procent almindeligt stof (som indeholder os), 25,9 procent mørkt stof og 69,2 procent mørk energi.
Vi kan ikke se mørk materie eller mørk energi. Hverken begrebet forstås vel selv i det videnskabelige samfund. De er mere som placeholder udtryk, der beskriver noget, vi tror, sker, men kan ikke forklare endnu. Så indtil vi faktisk ved hvad vi taler om, bruger vi disse tvetydige udtryk.
Mørk materiel tiltrækker, og mørk energi afviser. Mørk stof er rygraden eller rammen, hvorpå galakser og deres indhold er bygget. Dens tyngdekraft træk menes at holde stjernerne sammen i galakser, for eksempel. Gravity er stærkere, når objekter er tættere på hinanden og svagere, når de er længere fra hinanden.
På den anden side beskriver mørk energi den kraft, der får universet til at ekspandere ved at drive fjerne galakser væk fra os. Så som mørk energi afviser disse objekter, svækker tyngdekraften i rummet. Dette tyder på, at udvidelsen af rummet accelererer, ikke bremser fra tyngdekraftenes virkninger, som man engang troede.
"Siden slutningen af 1990'erne har astronomer været overbeviste om, at noget forårsager udvidelsen af vores univers for at accelerere," siger professor David Wands fra University of Portsmouth. "Den enkleste forklaring var, at tomt rum - vakuumet - havde en energitæthed, der var en kosmologisk konstant. Der er imidlertid voksende tegn på, at denne enkle model ikke kan forklare hele spektret af astronomiske dataforskere, der nu har adgang til; især væksten i kosmisk struktur, galakser og klynger af galakser synes at være langsommere end forventet. "
Denne energioverførsel forekommer kun på den mørke side. Almindelig sag (som os) bliver ikke slugt af mørk energi.
2Dark Matter kan have forårsaget ripples i den galaktiske disk
Ser vi ud i rummet fra Jorden, ser vi stjernerne pludselig slutter omkring 50.000 lysår fra centrum af vores galakse. Så vi regnede med det var slutningen af vores galakse. Vi så ikke noget andet betydningsfuldt til omkring 15.000 lysår ud over den kant, som var Monoceros Ring of Stars, der strækker sig over vores galaktiske plan. Nogle af vores forskere troede, at de var stjerner, der blev revet væk fra en anden galakse.
En ny analyse af data fra Sloan Digital Sky Survey afslører imidlertid, at Monoceros Ring faktisk er en del af vores galakse. Det betyder, at Vægten er mindst 50 procent større end vi troede - at øge vores galakse diameter fra ca. 100.000-120.000 lysår til omkring 150.000-180.000 lysår.
Ser vi fra Jorden, kan vi ikke se, hvordan det forbinder på grund af krusninger i den galaktiske disk. Det er som at se bølger i havet fra stranden. Som en bølge stiger op, blokerer den dit syn på havet bortset fra, med undtagelse af portioner af endnu højere bølger. Så selv om vores opfattelse var delvist blokeret af formen af vores galakse så vi Monoceros-ringet, fordi det var som at se på toppen af en højere bølge.
Denne opdagelse ændrer vores forståelse af, hvordan Milky Way er konstrueret. "I det væsentlige er det, vi konstaterede, at væskens skive ikke kun er en stjernekast i et planfly. Det er bølget," siger Heidi Newberg fra Rensselaer School of Science. "Da det stråler udad fra solen, ser vi mindst fire krusninger i Mælkevejens skive. Mens vi kun kan se på en del af galaksen med disse data, antager vi, at dette mønster kommer til at findes i hele disken. "
Som de krusninger, der er forårsaget af en sten, der er smidt i en dam, mener forskerne, at disse krusninger i vores galakse kan have været forårsaget af en klump af mørk materiel eller en dværggalakse, der skærer gennem Vækstens disk. Hvis denne teori er sandt, ville disse krusninger give forskere en måde at analysere fordelingen af mørk stof i Mælkevejen.
1The Gamma Ray Signature
Indtil for nylig var den eneste måde, hvorpå forskere kunne opdage mørk materie, at observere sin mulige tyngdekraftvirkning på andre rumobjekter. Forskere mener dog, at gammastråler kan være et mere direkte signal, at usynligt mørkt materiale lurer i vores univers. I en spændende udvikling kan de lige have fundet den første gamma ray signatur i Reticulum 2, en nyopdaget dværggalaxy nær Milky Way.
Gamma stråler er en form for høj-energi elektromagnetisk stråling udsendt fra de tætte centre af galakser. Hvis det er sandt, at mørkt materiale består af WIMP'er, ville mørke stofpartikler være en kilde til gammastråler, der produceres, når WIMP'er udsletter hinanden ved kontakt. Men gammastråler kan også udledes af andre kilder som f.eks. Sorte huller og pulsarer. Hvis vores analyse kan eliminere disse andre kilder til gammastråler, så er det muligt, at eventuelle resterende gammastråler kan komme fra mørkt stof. I det mindste er det teorien.
Forskere mener, at de fleste dværggalakser mangler betydelige kilder til gammastråler bortset fra mørkt materiale, som kan omfatte så meget som 99 procent af en dværggalakse. Derfor blev fysikere fra Carnegie Mellon, Brown og Cambridge universiteter begejstret med opdagelsen af gammastråler, der stammede fra Reticulum 2.
"Gravitationsdetektering af mørkt materiale fortæller dig meget lidt om det mørke stofs partikeladfærd," siger Matthew Walker fra Carnegie Mellon University."Men nu kan vi have en ikke-gravitationsdetektering, der viser, at mørkt materiale opfører sig som en partikel, som er en hellig sort." Det er selvfølgelig muligt, at der findes andre kilder til gammastråler i dværggalakser, som vi ikke har identificeret endnu. Den nylige opdagelse af ni potentielle dværggalakser nær Milky Way kan dog give forskere mulighed for yderligere at udforske denne teori om at opdage mørk materie.