Sötét anyag és sötét energia az univerzumban. 5. Sötét anyag

Sötét anyag és sötét energia az univerzumban

Valery Anatolyevich Rubakov,
Nukleáris Kutató Intézet, RAS, Moszkva, Oroszország

Az előadás bemutatása (pdf, 2 Mb)

Videó letöltése (avi): 1. rész (180 MB), 2. rész (210 MB), 3. rész (250 MB)

  • 1. Bevezetés
  • 2. Az Univerzum kiterjesztése
  • 3. Az univerzum a múltban
  • 4. Az energiák egyensúlya a modern univerzumban
  • 5. Sötét anyag
  • 6. Sötét energia
  • Következtetés

5. Sötét anyag

A sötét anyag hasonlít a hétköznapi anyaghoz, abban az értelemben, hogy képes felhalmozódni (a galaxis méretére, vagyis egy galaxis méretére), és a gravitációs kölcsönhatásokban ugyanúgy részt vesz, mint a közönséges anyag. Valószínűleg olyan új részecskékből áll, amelyek nem nyitottak a föld körülményei között.

Ábra. 6. Gravitációs lencse

A kozmológiai adatokon túl a gravitációs mező mérése a galaxisok és a galaxisok csoportjaiban a sötét anyag létezését kedveli. Számos módja van a gravitációs mező galaxisok klasztereinek mérésére, amelyek közül az egyik a gravitációs lencsevés. Ábra. 6.

A klaszter gravitációs mezője a galaxis által kibocsátott fénysugarakat hajlik, vagyis a gravitációs mező lencse.Azonban néha több kép van e távoli galaxisról; a 6. ábra bal felén. 6 kék. A fény görbülete a fürt tömegeloszlásától függ, függetlenül attól, hogy mely részecskék alkotják ezt a tömeget. Az így visszanyert tömegeloszlást az 1. ábra jobb felében mutatjuk be. 6 kék; látható, hogy nagyon különbözik a fényes anyag eloszlásától. A hasonló módon mérve a galaxisok csoportjainak tömegei összhangban vannak azzal, hogy a sötét anyag az Univerzum teljes energiasűrűségének mintegy 25% -át fekteti be. Emlékezzünk arra, hogy ezt a számot úgy kapjuk meg, hogy összehasonlítjuk a szerkezetek (galaxisok, klaszterek) kialakulásának elméletét megfigyelésekkel.

Ábra. 7

Sötét anyag létezik a galaxisokban. Ez ismét a gravitációs mező méréseiből, a galaxisokból és környékükből származik. Minél erősebb a gravitációs mező, annál gyorsabban csillagok és gázfelhők forgatnak a galaxis körül, így a forgási sebesség mérése a galaxis közepétől való távolságtól függően lehetővé teszi a tömegeloszlás helyreállítását. Ezt illusztráljuk Ábra. 7: a galaxis középpontjától való távolsággal a keringés sebessége nem csökken,ami azt sugallja, hogy a galaxisban, a fényes részektől távol is, nem fénylő, sötét anyag van. Galaxisunkban a Nap közelében a sötét anyag tömege megközelítőleg egyenlő a közönséges anyag tömegével.

Mi a sötét anyag részecskéi? Nyilvánvaló, hogy ezeknek a részecskéknek nem szabad más, könnyebb részecskékre bomlaniuk, különben az Univerzum életében romlottak volna. Ez a tény önmagában azt sugallja, hogy a természetben újmég nem nyitott védelmi törvénymegtiltva ezeknek a részecskéknek a szétesését. Az analógia itt az elektromos töltés védelmének törvényével: az elektron a legkönnyebb részecske elektromos töltéssel, és ezért nem bomlik könnyebb részecskékké (például neutrínók és fotonok). Továbbá, a sötét anyag részecskéi rendkívül gyengén érintkeznek anyagunkkal, különben a földi kísérletekben már felfedezték őket. Ezután kezdődik a hipotézisek területe. A legmegbízhatóbb (de messze az egyetlen!) Az a hipotézis, hogy a sötét részecskék 100-1000-szer nehezebbek, mint egy proton, és hogy a közönséges anyagokkal való kölcsönhatásuk összehasonlítható a neutrínó kölcsönhatásokkal szemben.Ennek a hipotézisnek a keretein belül van, hogy a sötét anyag mai sűrűsége egyszerű magyarázatot talál: a sötét anyag részecskék intenzíven születnek és megsemmisültek a nagyon korai világegyetemben, rendkívül magas hőmérsékleten (kb.15 fok), és egy részük élt a mai napig. Ezeknek a részecskéknek a megadott paraméterei szerint a modern mennyiségüket az Univerzumban úgy kapják meg, ahogyan kell.

Várhatunk-e a sötét részecskék felfedezése a közeljövőben a szárazföldi körülmények között? Ma már nem ismerjük ezeknek a részecskéknek a természetét, ezért teljesen lehetetlen választ adni erre a kérdésre. Ugyanakkor a kilátások nagyon optimistának tűnnek.

A sötét anyag részecskéinek keresésére számos módszer létezik. Egyikük a jövőbeli nagy energiájú gyorsítókkal – a gyalogosokkal kapcsolatos kísérletekhez kapcsolódik. Ha a sötét anyag részecskék valóban nehezebbek, mint a proton 100-1000-szerese, akkor a rendes részecskék ütközéséig születnek a nagy energiájú ütközőkkel felgyorsítva (a meglévő ütközőkön elért energiák nem elegendőek ehhez). A közvetlen kilátások itt kapcsolódnak a CERN Nemzetközi Központ közelében Genfben épülő Large Hadron Collider (LHC )hez, ahol a 7×7 Teraelectronvolts ellentétes sugárzási sugarait fogják kapni.Meg kell mondani, hogy a mai népszerű hipotézisek szerint a sötét anyag részecskék csak egy képviselője az új elemi részecskék családjának, így a sötét részecskék felfedezésével együtt reménykedhet új részecskék felfedezésében és új gyorsító kölcsönhatásokon. A kozmológia azt sugallja, hogy az elemi részecskék világa messze nem esik ki a ma ismert "téglákból"!

Egy másik módszer az, hogy regisztráljuk a körülöttünk közlekedő sötét anyag részecskéit. Ezek messze kicsiek: 1000-es proton tömeggel megegyező tömegben ezeknek a részecskéknek itt és most 1000 darab köbméterenként kell lennie. A probléma az, hogy nagyon gyenge kölcsönhatásban állnak a rendes részecskékkel, az anyag átlátható. Azonban a sötét részecskék alkalmanként ütköznek az atommagokkal, és ezek az ütközések remélhetőleg regisztrálnak. A keresés ebben az irányban számos mélyen mélyen elhelyezett érzékeny érzékelő segítségével történik, ahol a kozmikus sugárzás hátterét élesen csökkentik.

Ábra. 8

Végül még egy módja van a sötét részecskék megsemmisítésének a termékek bejegyzésével.Ezeknek a részecskéknek a Föld közepén és a Nap közepén kell felhalmozódniuk (az anyaguk szinte átlátszó, és a Földbe vagy a Napba eshetnek). Ott megsemmisítik egymást, és ugyanakkor más részecskék jönnek létre, beleértve a neutrínókat is. Ezek a neutrínók szabadon haladnak át a Föld vagy a Nap vastagságán, és speciális berendezésekkel – neutrínó-teleszkópokkal regisztrálhatók. Az egyik ilyen neutrínó teleszkóp a Baikal-tó mélyén helyezkedik el (NT-200, Ábra. 8), egy másik (AMANDA) – mélyen a jégen a déli póluson.

Ábra. 9

Amint az látható Ábra. 9egy neutrínó, amely például a Nap középpontjából jön, kevéssé valószínű, hogy kölcsönhatásba kerül a vízben, aminek következtében egy feltöltött részecske keletkezik (muon), amelynek fényét regisztrálják. Mivel a neutrínók anyaggal való kölcsönhatása nagyon gyenge, egy ilyen esemény valószínűsége kicsi, és nagyon nagy detektorok szükségesek. Most egy 1 köbméteres detektor építése kezdődött a Déli-sarkon.

Vannak más megközelítések is a sötét anyag részecskék keresésére, például a Galaxisunk központi részének megsemmisítésével kapcsolatos termékek keresésére.A fenti módszerek közül melyik a sikerhez vezet, az idő el fogja mondani, de mindenesetre az új részecskék felfedezése és tulajdonságaik tanulmányozása lesz a legfontosabb tudományos eredmény. Ezek a részecskék a világegyetem 10-9 (egy milliárdod másodperc!) a nagy bumm után, amikor a világegyetem hőmérséklete 10 volt15 fokok és a sötét anyag részecskék intenzív kölcsönhatásban voltak a kozmikus plazmával.


Like this post? Please share to your friends:
Sötét anyag és sötét energia az univerzumban ">
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: