Materia întunecată este o substanţă din cosmos foarte puţin cunoscută, descoperită relativ recent şi formată din particule încă nedetectate experimental, a cărei existenţă a fost stabilită doar teoretic; existenţa ei încă nu a putut fi dovedită pe cale experimentală din cauză că ea nu emite radiaţii.
Energia întunecată / neagră.
Cu aproximativ 10 ani în urmă, oamenii de ştiinţă au descoperit că o forţă de sens opus împingea Universul, extinzându-i marginile într-un ritm din ce în ce mai alert ( s-a descoperit că Universul este în o expansiune accelerată). Aceasta putea fi cauzată de energia neagră, afirma cosmologul Michael Turner. (Professor, Departments of Astronomy and Astrophysics, and Physics, and the College; Enrico Fermi Institute; Kavli Institute for Cosmological Physics; Ph.D., Stanford, 1978)
Distributia materiei întunecate şi a energiei întunecate în Univers (estimaţie din 2008)
Conform teoriilor actuale (date cf. revistei germane "Spektrum der Wissenschaft" nr. 11/2008 p.38), Universul ar fi format din:
• Materia întunecată: circa 21 % din totalul materiei din univers;
• energie întunecată: circa 74 % din totalul materiei universului; aceasta este tot o substanţă, o materie, foarte puţin cunoscută, doar că numele ei de „energie” este impropriu;
• barioni: circa 5 % - aceştia constituie lumea materială obişnuită pe care o percepem direct, inclusiv stelele, planetele, galaxiile etc.
• neutrini: circa 0,1 %;
• radiaţia de fond: echivalează cu circa 0,01 % din materia universului.
proportia materiei in univers
Materia şi energia întunecată comparate.
Turner spune că: „ Materia întunecată şi energia întunecată sunt cei doi titani întunecaţi care au controlat evoluţia Universului”. Ca şi energia neagră, materia întunecată a scăpat detectării directe, până acum. In afară de aceasta, cele două par să nu aibă multe în comun. "Materia întunecată este distribuită în mod inegal în Univers”, afirmă Lykken. „Pe de altă parte, energia întunecată, dacă într-adevăr există, este distribuită în mod egal prin tot Universul. Deci există tot atât de multă energie întunecată în acest birou, câtă există şi într-un cub de aceeaşi marime, aflat în spaţiul intergalactic.”
Există dovezi (stabilite de către cercetătorii Universităţii din Pittsburg cu ajutorul radiaţiilor de fond, adică radiaţia reziduală a radiaţiilor din explozia iniţială ) despre existenţa materiei şi energiei întunecate, nedetectabile încă. S-a constatat că fotonii din radiaţia de fond sunt încetiniţi prin trecerea printre galaxii mai mult decât se calculase, întârzierea datorându-se trecerii prin materia întunecată.
De asemenea sunt teorii care se bazează pe certitudinea prezenţei „ găurilor negre” prin care se demonstrează existenţa energiei întunecate care este responsabilă de expansiunea accelerată a Universului. Pentru prima oară, în vremurile noastre, s-a observat o gaură neagră care a fost surprinsă aruncând jeturi de energie deşi se ştie că găurile negre aspiră şi nu refulează materia.
Universul se află într-o permanentă expansiune care are loc cu o viteză mai mare decât s-au aşteptat cercetătorii spaţiului cosmic; această viteză este imprimată de o curioasă forţă numită „de chintesenţă”, o forţă generată de vidul cosmic. Vidul cosmic, departe de a fi gol, constituie sediul unor nebănuite energii. In Univers, în jurul găurilor – care reprezintă „bulele de vid” a spaţiului - se îngrămădeşte aşa numita materie întunecată precum şi energia întunecată, invizibilă, care constituie 95% (după unii fizicieni 90%) din materia cosmică. Particulele de materie întunecată sunt numite de savanţi (care nu le-au văzut niciodată) axioni, neutrini.
Neutrino este o particulă elementară stabilă, nu are sarcină electrică (deci este neutră d.p.d.v. electric), are masa de cel puţin zece mii de ori mai mică ca aceea a electronului. Existenţa neutrinilor a fost teoretic stabilită în anul 1936, ei constituind explicaţia abaterii de la legile de conservare a energiei şi a fost pusă în evidenţă experimental în anul 1954.
Zi şi noapte primim de la Soare, în fiecare secundă, aproape zece miliarde de neutrini pe centimetru pătrat. Corpul omenesc este străbătut de milioane de neutrini.
Se pare că neutrinii nu reacţionează cu materia. Neutrinii îşi schimbă starea frecvent. Se cunosc trei feluri de neutrini.
Se fac experimente – inclusiv cu acceleratoare gigantice ca cel al CERN[1] de la Geneva - şi cu programe în care sunt angrenate multe şi deosebit de puternice forţe ştiinţifice, care constau în încercarea de a creea două fascicole de neutrini care să se intersecteze / să se bombardeze reciproc. Se utilizează şi se vor folosi energii de ordinul a 12 gigajouli şi de mii de miliarde de volţi.
Se aşteaptă ca să se creieze condiţiile existente în perioada imediat următoare Big-Bang-ului. Se aşteaptă să se descopere, în cursul acestor experiementări, noi particule elementare precum şi mecanismele ce s-au petrecut la naşterea Universului timpuriu care să permită emiterea unor teorii plauzibile asupra formării Universului, asupra existenţei şi componenţei materiei şi energiei negre (întunecate). Este cazul experimentelor ce se vor realiza atât cu acceleratorul şi alte dispozitive, maşini şi calculatoare gigantice precum şi instrumentar de laborator.
Harta materiei lipsă a universului.
Cu ajutorul telescopului Hubble, cercetătorii au descoperit aproape jumătate din materia lipsă a Universului, relatează AFP. Această materie, numită barioni, a fost creată în timpul şi după producerea Big Bangului şi se ascunde în spaţiul dintre miliardele de galaxii. "Credem că ceea ce vedem sînt firele unei structuri în formă de reţea, care formează «coloana vertebrală» a Universului”, a declarat astronomul Mike Shull de la Universitatea din Colorado, după o cercetare extinsă a Universului local. "Ceea ce completăm în detaliu este faptul că spaţiul intergalactic, care în mod intuitiv ar părea gol, este de fapt rezervorul majorităţii materii barionice din Univers”, a completat Mike Shull. Cercetările actuale sînt cele mai detaliate în ceea ce priveşte materia lipsă sau materia normală, care nu ar trebui confundată cu materia neagră a Universului. Materia barionică însumează de aproximativ cinci ori materia Umiversului, pe cînd materia neagră se găseşte în procent de doar 25%. Observaţiile acoperă o suprafaţă de patru miliarde de ani lumină, iar în studiile lor, cercetătorii s-au folosit de 28 de cuasari, care luminează structurile de materie barionică. "Scopul nostru este confirmarea existenţei reţelei cosmice prin realizarea unei hărţI a structurii sale, prin măsurarea temperaturii şI cantităţii de metale grele prezente în ea. Studierea reţelei cosmice ne oferă informaţii despre cum s-au format galaxiile în timp", a mai adăugat Shull.
Studiul de cercetare a fost publicat în revista "Astrophysical Journal” şi caută să răspundă la întrebarea: unde se află materia lipsă a Universului şI ce proprietăţi are ea?
Doi celebrii astrofizicieni despre materia întunecată şi energia întunecată:
St. Hawking: „Galaxia noastră şi alte galaxii trebuie să conţină deasemenea o mare cantitate de „materie întunecată” pe care nu o putem vedea direct, dar despre care ştim că trebuie să să fie acolo datorită influenţei atracţiei sale gravitaţionale asupra stelelor care orbitează în galaxie...... Aceste stele orbitează în galaxii mult prea repede pentru a fi menţinute pe traiectorii doar de atracţia gravitaţională a stelelelor galactice observate.... De fapt, cantitatea de materie întunecată depăşeşte cu mult cantitatea de materie obişnuită din univers. Dacă însumăm toată această materie întunecată, obţinem totuşi numai circa o zecime din cantitatea de materie necesară opririi expansiunii” (universului). „ Dar s-ar putea să existe, de asemenea, alte forme de materie întunecată, distribuită uniform prin univers care nu au fost încă detectate şi care ar putea ridica şi mai mult densitatea universului. De exemplu, există un tip de particule elementare numite neutrini, care interacţionează foarte slab cu materia.... Dacă neutrinii au masă, ei pot constitui o formă de materie întunecată.”; neutrinii „....trec prin noi cu o rată de miliarde de particule pe secundă, dar fără vreun efect” ; „...fizicienii au postulat existenţa unei substanţe încă neidentificată ca atare – energia întunecată”
Hubert Reeves: „Dispunem actualmente de o nouă evaluare a masei Galaxiei noastre..... Rezultatul este uimitor: Galaxia noastră este de cinci până la zece ori mai masivă decât o credeam înainte. Acelaşi rezultat a fost obţinut studiind numeroase alte galaxii. Nu cunoaştem natura acestui adaos de masă... Despre ce este vorba ..? Există numeroşi candidaţi posibili.. printre care chiar şi particule elementare a căror natură n-o concepenm încă. Această componentă misterioasă este cunoscută în literatura de specialitate sub numele de „materie neagră” sau „masă lipsă”. Ea ne forţează să admitem că o mare parte a materiei universale se află încă în afara sferei noastre de cunoaştere.” „Suntem nevoiţi să revedem situaţia prin prisma descoperirii, cu ajutorul studiului rotaţiei galactice, a unei importante componente de „materie întunecată”.... nimic nu ne permite să să afirmăm că această misterioasă materie întunecată este alcătuită din materie obişnuită (cum ar fi, de exemplu, asteroizii sau stelele puţin luminoase). Ar putea fi vorba de o componentă mai exotică ( particule necunoscute, neutrini masivi, etc).”
Telescopul spatial Hubble identifica un inel de materie intunecata
Astronomii au descoperit una dintre cele mai bune dovezi ale existentei materiei intunecate- o cantitate misterioasa care cuprinde Universul nostru. Ei au identificat ceea ce parea sa fie un inel supranatural pe cer, alcatuit dintr-o substanta enigmatica.
Folosind telescopul spatial Hubble, oamenii de stiinta au stabilit ca inelul s-a format cu mult timp în urma, dupa o uriasa ciocnire dintre doua galaxii în forma de ciorchine. Asa cum sugereaza si numele, materia întunecata nu reflecta, nici nu emite lumina detectabila, si totusi reprezinta cea mai mare parte din materia Universului.
Astronomii au suspectat de mult existenta acestei „materii” invizibile ca fiind sursa gravitatiei suplimentare care tine la un loc galaxiile-ciorchine. Aceste galaxii s-ar împrastia daca ar fi atrase doar de gravitatia stelelor lor vizibile.
Nimeni nu stie din ce e facuta materia intunecata, dar se crede a fi o particula elementara gasita în cosmos. Cercetatorii de la Universitatea Johns Hopkins si de la Institutul Stiintific de Telescoape Spatiale, amandoua aflate în Baltimore, SUA, au observat inelul pe neasteptate, in timp ce trasau pe harta distributia materiei întunecate din galaxia-ciorchine Cl 0024+17.
Acest ciorchine se afla la o distanta de 5 miliarde de ani-lumina de Pamant; inelul lui de materie întunecata masoara 2,6 milioane de ani-lumina. Pentru ca astronomii nu pot vedea materia întunecata, ei trebuie sa-i deduca existenta studiind modul în care gravitatia ei curbeaza lumina unor galaxii mai îndepartate.
Acest şoc puternic, numit lentila gravitationala, le permite astronomilor sa puna pe harta lumina distorsionata, sa deduca masa ciorchinelui si cum este distribuita materia întunecata In ciorchine.
La inceput, membrii echipei au crezut ca inelul era o iluzie în datele lor. Dar încercarile repetate de a face ca inelul sa dispara au dus la esec. Pâna la urma, astronomii s-au convins ca acesta trebuie sa fie o prezenta reala.
In august 2006, astronomii americani au identificat semnatura gravitationala a materiei într-o alta galaxie- ciorchine.
„Desi materia invizibila a fost descoperita înaintea galaxiilor-ciorchine, nu a fost niciodata detectata ca fiind asa de mult separata de gazul fierbinte si de galaxiile care formeaza ciorchinii”, a declarat coautorul Myungkook James Jee de la Universitatea Johns Hopkins.
„Descoperind structura unei materii întunecate care nu este urmata de galaxii sau gaz fierbinte, putem studia modul în care se manifesta diferit de materia normala.”
Simularile pe calculator a unor coliziuni ale galaxiilor-ciorchine arata ca atunci când doua astfel de galaxii se ciocnesc, materia întunecata cade în mijlocul ciorchinelui si apoi tâsneste înapoi afara.
Pe masura ce materia întunecata se scurge în afara, începe sa încetineasca sub forta gravitatiei si se aduna vertical ca un stâlp de trafic. Din fericire, astronomii au vazut o parte din coliziune, deoarece s-a întâmplat în partea vizibila de pe Pamânt.
„Este ca si cum ai privi niste pietricele de pe fundul unui elesteu cu valuri la suprafata. Formele pietricelelor par sa se schimbe când trec valurile peste ele”, a explicat dr. Jee. „Tot la fel, galaxiile îndepartate aflate dincolo de inel arata schimbari coerente ale formei lor datorate prezentei inelului dens.” Membru al echipei, Holland Ford, tot de la Universitatea Johns Hopkins, a spus: „Studiind aceasta coliziune, vedem cum reactioneaza materia întunecata la gravitatie.” El a adaugat: „Natura face un experiment pentru noi pe care noi nu-l putem realiza în laborator si este de acord cu modelele noastre teoretice.”
Materia neagra, salvatoarea galaxiilor tinere.
Ignitia primei stele, la o perioada de 500 de milioane de ani dupa Big Bang, a provocat un masacru cosmic din care a scapat doar o galaxie la cateva mii.
O simulare computerizata efectuata de catre cercetatorii din cadrul Universitatii Durham din Marea Britanie pare sa indice ca principala conditie a supravietuirii a fost prezenta materiei negre.
In interiorul norilor cosmici se formeaza noi si noi stele ca urmare a fuzionarii materiei normale, invaluita de misterioasa materie neagra. In cazul galaxiilor mari, aceasta materie a fost indeajuns de multa si de puternica, incat sa protejeze stele abia formate sau in curs de formare. Acestea au supravietuit. In schimb, cele mai multe galaxiile erau tinere, prin urmare mai mici ca dimensiuni. Lipsa unor cantitati suficiente de materie neagra a dus la evaporarea sub efectul bombardamentului cu radiatii puternice, a stelelor tinere, dar si a materiei normale care intra in compozitia acestora. Insa nu si a materiei negre, care se regrupa rapid sub forma unor mici norisori.
“Galaxiile care au reusit sa fabrice stelele care, efectiv, au "prajit" universul timpuriu sunt cele care au reusit sa acumuleze cel mai repede materia neagra”, sustine astrofizicianul Carlos Frenk din cadrul Universitatii Durham din Marea Britanie. Mult timp dupa ceea ce astronomii au numit “masacru cosmic”, nu a fost posibila formarea unor noi galaxii. In schimb, materia neagra a continuat sa fuzioneze si sa creasca, luand forma unor structuri uriase. Episodul urmator s-a petrecut in urma cu 10 pana la 12 miliarde de ani, atunci cand norii de materie neagra au devenit indeajuns de mari incat sa absoarba radiatiile puternice venite dinspre galaxiile supravietuitoare. Acesti nori au format un scut de protectie pentru materia normala, si astfel, noi galaxii au putut lua nastere.
Materia neagra desparte Pamantul de Luna
pamant – luna (earth-month) Teoria avansata de unii cercetatori conform careia distanta dintre Luna si Terra este presarata cu zone de materie neagra, vine ca un raspuns privitor la anomaliile de zbor care au loc in apropierea Pamantului.
Aproape fiecare nava sau satelit spatial care se afla in apropierea planetei noastre, se confrunta in anumite zone cu schimbari ale vitezei de deplasare, care, conform legilor gravitatiei, nu ar trebui sa aiba loc.
Unii oameni de stiinta au sustinut ca aceste anomalii sunt greu de inteles pentru oameni, deoarece ceva nu functioneaza corect in privinta legilor fizicii si in mod special in legea gravitatiei, insa aceasta teorie a fost respinsa de majoritate ca fiind o sugestie radicala.
Dr. Stephan Adler de la Institutul de Studii Avansate din Princeton vine insa cu o alta teorie care incearca sa explice fenomenul neobisnuit care se petrece atat de aproape de noi. Conform acestuia, anomaliile care au loc in timpul zborului sunt cauzate de o alta sursa de gravitatie, numita materie neagra, reprezentand 22% din masa universului.
Desi pana in prezent se stie foarte putin despre aceasta componenta, dovezile prezentei in Univers sunt coplesitoare, iar forta ei gravitationala influenteaza miscarea galaxiilor, a nucleelor acestora si a universului ca intreg.
Pentru a explica anomaliile de zbor, materia neagra din apropierea Pamantului ar trebui sa fie concentrata pe o raza de 70 de kilometri in jurul planetei si sa aiba o densitate mai mare decat cea a galaxiilor.
Exista materie neagra in Antarctica?
In timpul unei misiuni de cercetare care se desfasoara in Antarctica, o echipa de oameni de stiinta a capturat si masurat electroni cu o incarcatura neobisnuita, care ar putea indica prezenta unui misterios obiect astrofizic in apropiere.
Aceasta este una dintre teoriile pe care oamenii de stiinta le-au dezvoltat pentru a explica sursa de energie puternica. Cea de-a doua avanseaza ideea ca energia ar fi prima evidenta fizica a materiei negre. Oricare ar fi adevarul, neobisnuitele particule sunt in prezent obiectul studiului cercetatorilor, care s-au declarat entuziasmati la gandul ca rezultatul ar putea confirma sau nega zeci de teorii stiintifice. “In primul caz, am vedea pentru prima data o sursa a razelor cosmice. Nimeni nu a mai vazut asa ceva vreodata. In cel de-al doilea caz, vom vedea ceva si mai spectaculos”, a declarat John Wefel, fizician in cadrul Louisiana State University.
Autorii studiului au survolat Antarctica, avand la bord un aparat denumit Advanced Thin Ionization Calorimeter (ATIC), care captureaza si masoara incarcarea, energia si traiectoria electronilor. Echipa a ramas surprinsa cand aparatul a descoperit numerosi electroni incarcati cu energie care se potriveau semnalului corespunzator distrugerii materiei negre. Zona va fi in continuare supravegheata si studiata, in speranta ca una dintre cele doua teorii va fi sustinuta de dovezi fizice. Daca s-ar dovedi ca ceea ce au descoperit oamenii de stiinta in Antarctica este materie neagra, una dintre cele mai mari enigme ale stiintei ar putea fi, in sfarsit, dezlegata.
Secretul stralucirii stelelor este dat de materia neagra
Astrele din centrul Caii Lactee pot ingloba indeajuns de multa materie neagra pentru a-si mari durata de viata la mai multe miliarde de ani, dupa cum sugereaza un nou studiu dat publicitatii de Institutul National de Astrofizica din Florenta, Italia.
Cu toate ca ea constituie aproape 90 % din intreaga masa a galaxiei Calea Lactee, se crede ca materia neagra este mult prea difuza incat sa poata avea efecte semnificative asupra tuturor stelelor din galaxie. Dar in apropierea colosalei gauri negre situate in centrul galaxiei, materia neagra poate fi atat de densa incat stelele din jur o pot capta.
Pentru a investiga efectele materiei negre asupra stelelor, astronomul Pat Scott a imaginat un model care sugereaza evolutia stelelor pe masura ce gravitatia acestora acumuleaza din ce in ce mai putine particule. Echipa de astronomi a mai descoperit ca unele stele orbiteaza la mai putin de 0,3 ani lumina de centrul Caii Lactee si in consecinta pot capta mai multa materie neagra decat stelele situate la marginea galaxiei. Pentru a capta aceasta materie, orbita unei stele trebuie sa aiba mai degraba un parcurs elongat decat unul circular. Odata captate, particulele de materie neagra vor intra in coliziune cu gazele din compozitia stelei si astfel se vor stabili in centrul astrului respectiv. Aici, particulele de materie neagra se vor lovi una de alta determinand o explozie energetica ce va alimenta steaua.
Inainte de acesta descoperire, astronomii credeau ca materia neagra poate duce la cresterea puterii de stralucire doar in cazul piticelor albe, stele care nu mai prezinta fuziuni nucleare.
[1] Centrul European de Cercetari Nucleare
Surse:
Stephen Hawking – O mai scurtă istorie a timpului
Hubert Reeves – Răbdare în azur
The National Geographic
www.fizicaparticulelor.ro
www.arenait.net
Spektrum der Wissenschaft – revistă de specialitate
New Scientist
Reuters
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu