I termini energia oscura e materia oscura non hanno del tutto successo e rappresentano una traduzione letterale, ma non semantica dall'inglese. In senso fisico, questi termini significano solo che queste sostanze non interagiscono con i fotoni e potrebbero anche essere chiamate materia ed energia invisibili o trasparenti.
La materia oscura in astronomia e cosmologia, così come nella fisica teorica, è una forma ipotetica di materia che non emette né interagisce con la radiazione elettromagnetica. Questa proprietà di questa forma di materia rende impossibile la sua osservazione diretta.
La conclusione sull'esistenza della materia oscura è fatta sulla base di numerosi, coerenti tra loro, ma indiretti segni del comportamento degli oggetti astrofisici e degli effetti gravitazionali che creano. La scoperta della natura della materia oscura aiuterà a risolvere il problema della massa nascosta, che, in particolare, risiede nella velocità di rotazione anormalmente elevata delle regioni esterne delle galassie.
Scopriamo di più su tutto questo …
La materia oscura e l'energia oscura non sono visibili all'occhio, ma la loro presenza è stata dimostrata attraverso l'osservazione dell'universo. Miliardi di anni fa, il nostro universo è nato dopo un catastrofico Big Bang. Quando l'universo primordiale si raffreddò lentamente, la vita iniziò a svilupparsi in esso. Di conseguenza, si sono formate stelle, galassie e altre parti visibili di esso. La dimensione del nostro universo è semplicemente sbalorditiva. Ad esempio, un sole è sufficiente per illuminare e riscaldare un milione di pianeti come la Terra. In questo caso, il Sole è una stella di medie dimensioni e la nostra galassia da sola è composta da 100 miliardi di stelle. Questo numero supera il numero di granelli di sabbia su una piccola spiaggia. Tuttavia, questo non è tutto.
Come sapete, l'Universo è costituito da diversi miliardi di galassie, in cui esiste una varietà di materia. È possibile che qualcuno di questi argomenti fosse invisibile agli occhi. Molto probabilmente, poiché i risultati di studi recenti hanno dimostrato che possiamo vedere solo un decimo dell'universo. Ciò significa che più del 90% della materia semplicemente non può essere esaminata da una persona anche con l'uso di attrezzature speciali. Gli astronomi chiamano questa materia oscura.
È noto che la materia oscura interagisce con il "luminoso" (barione), almeno in modo gravitazionale, ed è un mezzo con una densità cosmologica media molte volte superiore alla densità dei barioni. Questi ultimi vengono catturati nelle fosse gravitazionali delle concentrazioni di materia oscura. Pertanto, sebbene le particelle di materia oscura non interagiscano con la luce, la luce viene emessa da dove si trova la materia oscura. Questa straordinaria proprietà dell'instabilità gravitazionale ha reso possibile studiare la quantità, lo stato e la distribuzione della materia oscura dai dati di osservazione dalla radio alla radiazione a raggi X.
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Pubblicato nel 2012, uno studio sul movimento di oltre 400 stelle situate a distanze fino a 13.000 anni luce dal Sole non ha trovato prove della presenza di materia oscura in un grande volume di spazio intorno al Sole. Secondo le previsioni delle teorie, la quantità media di materia oscura in prossimità del Sole avrebbe dovuto essere di circa 0,5 kg nel volume della Terra. Tuttavia, le misurazioni hanno fornito un valore di 0,00 ± 0,06 kg di materia oscura in questo volume. Ciò significa che i tentativi di registrare la materia oscura sulla Terra, ad esempio, con rare interazioni di particelle di materia oscura con la materia "ordinaria", difficilmente possono avere successo.
Secondo le osservazioni dell'Osservatorio spaziale Planck pubblicate nel marzo 2013, interpretate tenendo conto del modello cosmologico Lambda-CDM standard, la massa-energia totale dell'Universo osservato è il 4,9% della materia ordinaria (barionica), il 26,8% dell'oscurità materia e il 68,3% dall'energia oscura. Pertanto, l'universo è composto per il 95,1% da materia oscura ed energia oscura.
La prova dell'esistenza della materia oscura è la sua pesantezza: la forza di gravità che, come la colla, preserva l'integrità dell'Universo. Tutte le parti dell'universo sono reciprocamente attratte l'una dall'altra. Grazie a ciò, gli scienziati sono stati in grado di calcolare la massa totale dell'Universo visibile, nonché gli indicatori delle forze gravitazionali. Nel corso dei calcoli è stato rilevato uno squilibrio significativo in questi parametri, che ha dato motivo di ritenere che ci sia una materia invisibile che ha una certa massa ed è anch'essa soggetta alla gravità.
Lo studio della materia oscura Inoltre, la prova dell'esistenza della materia oscura era la sua influenza gravitazionale su altri oggetti, inclusa la traiettoria del moto di stelle e galassie. È stato scoperto che molte galassie ruotano più velocemente del previsto. Secondo la teoria della gravità di A. Einstein, dovrebbero volare in direzioni diverse. Tuttavia, qualcosa di invisibile sembra tenerli insieme.
Inoltre, la materia oscura può influenzare il percorso di propagazione della luce. È stato indagato il fenomeno del lensing gravitazionale, che consiste nel fatto che oggetti densi sono in grado di riflettere la luce di oggetti distanti, modificando la traiettoria dei flussi luminosi. Ciò porta alla distorsione dell'immagine e alla comparsa di miraggi di stelle e galassie. Gli scienziati registrano queste curve di luce, ma non possono nominare la natura di questo fenomeno.
La materia oscura nel nostro universo può esistere sotto forma di enormi oggetti alone astronomici (MAGO). Questi includono pianeti, lune, nane marroni e bianche, nuvole di polvere, stelle di neutroni e buchi neri. Di regola, sono troppo piccoli perché la loro luce possa essere rilevata dagli esseri umani, tuttavia, la loro esistenza può essere calcolata attraverso l'effetto gravitazionale sui flussi luminosi. Negli ultimi anni, gli astronomi hanno scoperto diversi tipi di oggetti MAGO. Possono essere costituiti sia da particelle barioniche ordinarie che da assine, neutrine, wimpil e materia oscura supersimmetrica.
Ricerca sulla materia oscura e l'energia oscura
Poiché l'interesse per la materia oscura continua a crescere, stanno emergendo nuovi strumenti per aiutare a ottenere informazioni più ampie su questo misterioso fenomeno. Ad esempio, il telescopio spaziale Hubble ha fornito informazioni molto preziose sulla dimensione e la massa dell'universo visibile. Questi dati sono stati il primo e molto importante passo verso lo studio della reale quantità di materia oscura nell'universo.
È importante capire che la struttura dell'Universo non è casuale e, con l'aiuto di Hubble, puoi rappresentarne la struttura in dettaglio. È noto per certo che le galassie si trovano in ammassi e questi ammassi sono in super ammassi. I superammassi di corpi cosmici si trovano in una struttura spugnosa con ampi vuoti. Ovviamente, la formazione di una tale struttura è dovuta a ragioni ben precise. I telescopi a raggi X dell'Osservatorio Chandra stanno aiutando a studiare le enormi nubi di gas caldo in questi ammassi. Gli scienziati hanno scoperto che anche la materia oscura deve essere presente in queste aree, altrimenti il gas uscirà dall'ammasso. Inoltre, sono attualmente in fase di sviluppo nuovi strumenti che, alla fine, aiuteranno a discernere questo lato oscuro dell'universo.
Approcci e metodi per studiare le particelle di materia oscura
Al momento, gli scienziati di tutto il mondo stanno cercando in ogni modo possibile di scoprire o ottenere artificialmente particelle di materia oscura in condizioni terrestri, utilizzando apparecchiature super tecnologiche appositamente progettate e molti metodi di ricerca scientifica diversi, ma finora tutti i lavori non sono stati coronati da successo.
Di cosa è fatto l'universo
Uno dei metodi prevede la conduzione di esperimenti su acceleratori ad alta energia, comunemente noti come collisori. Gli scienziati, credendo che le particelle di materia oscura siano 100-1000 volte più pesanti di un protone, presumono che dovranno essere generate quando particelle ordinarie si scontrano, accelerate ad alte energie da un collisore. L'essenza di un altro metodo è registrare le particelle di materia oscura che sono tutt'intorno a noi. La principale difficoltà nel registrare queste particelle è che mostrano un'interazione molto debole con le particelle ordinarie, che sono intrinsecamente trasparenti per loro. Eppure, le particelle di materia oscura molto raramente, ma entrano in collisione con i nuclei atomici, e c'è una certa speranza, prima o poi, di registrare questo fenomeno.
Esistono altri approcci e metodi per studiare le particelle di materia oscura, e quale di essi porterà al successo per primo, solo il tempo lo dirà, ma in ogni caso la scoperta di queste nuove particelle sarà un importante risultato scientifico.
Sostanza antigravitazionale
L'energia oscura è una sostanza ancora più insolita della stessa materia oscura. Non ha la capacità di riunirsi in gruppi, per questo è distribuito uniformemente in tutto l'Universo. Ma la sua proprietà più insolita al momento è l'antigravità.
Grazie ai moderni metodi astronomici, è possibile determinare il tasso di espansione dell'Universo al momento attuale e simulare il processo del suo cambiamento prima nel tempo. Di conseguenza, sono state ottenute informazioni che al momento, così come nel recente passato, il nostro Universo è in espansione, mentre la velocità di questo processo è in costante aumento. Ecco perché è apparsa l'ipotesi sull'antigravità dell'energia oscura, poiché la consueta attrazione gravitazionale avrebbe un effetto rallentante sul processo di "recessione delle galassie", frenando il tasso di espansione dell'Universo. Questo fenomeno non contraddice la teoria generale della relatività, ma allo stesso tempo l'energia oscura deve avere una pressione negativa, una proprietà che nessuna delle sostanze attualmente conosciute possiede.
Candidati per il ruolo di "Dark Energy"
La massa delle galassie nell'ammasso Abel 2744 è inferiore al 5% della sua massa totale. Questo gas è così caldo che emette luce solo nell'intervallo dei raggi X (rosso in questa immagine). La distribuzione della materia oscura invisibile (che costituisce circa il 75 percento della massa di questo ammasso) è di colore blu.
Uno dei presunti candidati per il ruolo dell'energia oscura è il vuoto, la cui densità energetica rimane invariata durante l'espansione dell'Universo e quindi conferma la pressione negativa del vuoto. Un altro candidato presunto è la "quintessenza", un campo super debole inesplorato che presumibilmente attraversa l'intero universo. Ci sono anche altri possibili candidati, ma nessuno al momento ha contribuito ad ottenere una risposta precisa alla domanda: cos'è l'energia oscura? Ma è già chiaro che l'energia oscura è qualcosa di completamente soprannaturale, rimanendo il mistero principale della fisica fondamentale del 21 ° secolo.
