Termini tumšā enerģija un tumšā matērija nav pilnībā veiksmīgi un apzīmē burtisku, bet ne semantisku tulkojumu no angļu valodas. Fiziskā nozīmē šie termini nozīmē tikai to, ka šīs vielas nav mijiedarbojas ar fotoniem, un tikpat labi tās varētu saukt par neredzamu vai caurspīdīgu matēriju un enerģiju.
Tumšā matērija astronomijā un kosmoloģijā, kā arī teorētiskajā fizikā ir hipotētiska matērijas forma, kas neizstaro vai mijiedarbojas ar elektromagnētisko starojumu. Šī matērijas veida īpašība padara tās tiešu novērošanu neiespējamu.
Secinājums par tumšās matērijas esamību izdarīts, pamatojoties uz daudzajām, savstarpēji saskanīgajām, bet netiešajām astrofizisko objektu uzvedības pazīmēm un to radītajām gravitācijas sekām. Tumšās vielas rakstura atklāšana palīdzēs atrisināt slēptās masas problēmu, kas it īpaši slēpjas galaktiku ārējo reģionu neparasti lielajā rotācijas ātrumā.
Uzzināsim vairāk par visu šo …
Tumšā matērija un tumšā enerģija nav redzama acij, bet to klātbūtne ir pierādīta, novērojot Visumu. Pirms miljardiem gadu mūsu Visums dzima pēc katastrofālā Lielā sprādziena. Kad agrīnais Visums lēnām atdzisa, tajā sāka veidoties dzīvība. Rezultātā veidojās zvaigznes, galaktikas un citas redzamas to daļas. Mūsu Visuma izmērs ir vienkārši satriecošs. Piemēram, pietiek ar vienu Sauli, lai apgaismotu un sildītu miljonu planētu kā Zeme. Šajā gadījumā Saule ir vidēja izmēra zvaigzne, un mūsu galaktika vien sastāv no 100 miljardiem zvaigžņu. Šis skaits pārsniedz smilšu graudu skaitu nelielā pludmalē. Tomēr tas vēl nav viss.
Kā jūs zināt, Visums sastāv no vairākiem miljardiem galaktiku, kur pastāv dažādas matērijas. Vai ir iespējams, ka kāds no šiem jautājumiem bija acīm neredzams. Visticamāk, tā kā neseno pētījumu rezultāti ir parādījuši, ka mēs varam redzēt tikai desmito daļu no Visuma. Tas nozīmē, ka vairāk nekā 90% matērijas cilvēks vienkārši nespēj izpētīt, pat izmantojot īpašu aprīkojumu. Astronomi šo lietu sauc par tumšu.
Ir zināms, ka tumšā viela mijiedarbojas ar "gaismas" (baryonic) vismaz gravitācijas veidā, un tā ir barotne ar vidējo kosmoloģisko blīvumu, vairākas reizes lielāku par baronu blīvumu. Pēdējie tiek uztverti tumšās vielas koncentrācijas gravitācijas bedrēs. Tāpēc, kaut arī tumšās matērijas daļiņas nav mijiedarbojas ar gaismu, gaisma tiek izstarota tur, kur ir tumšā matērija. Šī ievērojamā gravitācijas nestabilitātes īpašība ļāva izpētīt tumšās vielas daudzumu, stāvokli un sadalījumu no novērojumu datiem no radio diapazona līdz rentgena stariem.
Reklāmas video:
Publicēts 2012. gadā, pētījums par vairāk nekā 400 zvaigžņu kustību, kas atrodas attālumā līdz 13 000 gaismas gadiem no Saules, neatrada pierādījumus par tumšās vielas klātbūtni lielā kosmosa apjomā ap Sauli. Saskaņā ar teoriju prognozēm vidējam tumšās vielas daudzumam Saules tuvumā Zemes tilpumā vajadzēja būt apmēram 0,5 kg. Tomēr mērījumi deva vērtību 0,00 ± 0,06 kg tumšās vielas šajā tilpumā. Tas nozīmē, ka mēģinājumi reģistrēt tumšo vielu uz Zemes, piemēram, ar retu tumšās vielas daļiņu mijiedarbību ar "parasto" vielu, diez vai var būt veiksmīgi.
Saskaņā ar Plankas Kosmosa observatorijas novērojumiem, kas publicēti 2013. gada martā un kas interpretēti, ņemot vērā standarta kosmoloģisko Lambda-CDM modeli, novērotā Visuma kopējā masas enerģija ir 4,9% no parastās (baryonic) vielas, 26,8% no tumšās matērijas un 68,3% no tumšās enerģijas. Tādējādi Visumu 95,1% veido tumšā matērija un tumšā enerģija.
Tumšās matērijas esamības pierādījums ir tās smagums - smaguma spēks, kas, tāpat kā līme, uztur Visuma integritāti. Visas Visuma daļas ir savstarpēji pievilktas. Pateicoties tam, zinātnieki varēja aprēķināt redzamā Visuma kopējo masu, kā arī gravitācijas spēku rādītājus. Aprēķinu laikā tika atklāta būtiska nelīdzsvarotība šajos parametros, kas deva iemeslu uzskatīt, ka ir kāda neredzama matērija, kurai ir noteikta masa un kas arī ir pakļauta smagumam.
Tumšās matērijas izpēte Turklāt tumšās matērijas esamības pierādījums bija tās gravitācijas ietekme uz citiem objektiem, ieskaitot zvaigžņu un galaktiku kustības trajektoriju. Ir atklāts, ka daudzas galaktikas rotē ātrāk nekā gaidīts. Saskaņā ar A. Einšteina gravitācijas teoriju viņiem vajadzētu lidot dažādos virzienos. Tomēr šķiet, ka kaut kas neredzams viņus tur kopā.
Arī tumšā viela var ietekmēt gaismas izplatīšanās ceļu. Tika izpētīta gravitācijas objektīvu parādība, kas sastāv no fakta, ka blīvi objekti spēj atspoguļot tālu objektu gaismu, mainot gaismas plūsmu trajektoriju. Tas noved pie attēla izkropļojumiem un zvaigžņu un galaktiku mirāžu parādīšanās. Zinātnieki reģistrē šos gaismas līkumus, bet nevar nosaukt šīs parādības būtību.
Tumšā matērija mūsu Visumā var pastāvēt masīvu astronomisku halo objektu (MAGO) veidā. Tajos ietilpst planētas, pavadoņi, brūnie un baltie punduri, putekļu mākoņi, neitronu zvaigznes un melnie caurumi. Parasti tie ir pārāk mazi, lai cilvēki varētu tos atklāt, tomēr to esamību var aprēķināt, izmantojot gravitācijas efektu uz gaismas plūsmām. Pēdējos gados astronomi ir atklājuši vairāku veidu MAGO objektus. Tās var sastāvēt gan no parastajām baronu daļiņām, gan no axīniem, neitrīniem, wimpils un supersimetriskām tumšajām vielām.
Tumšās vielas un tumšās enerģijas izpēte
Tā kā interese par tumšo vielu turpina pieaugt, parādās jauni rīki, kas palīdz gūt plašāku ieskatu par šo noslēpumaino parādību. Piemēram, Habla kosmiskais teleskops ir sniedzis ļoti vērtīgu informāciju par redzamā Visuma lielumu un masu. Šie dati bija pirmais un ļoti nozīmīgais solis, lai izpētītu patieso tumšās vielas daudzumu Visumā.
Ir svarīgi saprast, ka Visuma struktūra nav nejauša, un ar Habla palīdzību jūs varat detalizēti attēlot tā struktūru. Noteikti ir zināms, ka galaktikas atrodas kopās, un šīs kopas atrodas superklasteros. Kosmisko ķermeņu superklases atrodas porainā struktūrā ar plašiem tukšumiem. Acīmredzot šādas struktūras veidošanās notiek ļoti specifisku iemeslu dēļ. Šandras observatorijas rentgena teleskopi palīdz izpētīt milzīgos karsto gāzu mākoņus šajās kopās. Zinātnieki ir noskaidrojuši, ka šajās zonās jābūt arī tumšajai vielai, pretējā gadījumā no kopas izplūst gāze. Turklāt pašlaik tiek izstrādāti jauni rīki, kas galu galā palīdzēs izprast šo Visuma tumšo pusi.
Pieejas un metodes tumšās vielas daļiņu izpētei
Pašlaik zinātnieki visā pasaulē visos iespējamos veidos mēģina atklāt vai mākslīgi iegūt tumšās matērijas daļiņas sauszemes apstākļos, izmantojot speciāli izstrādātas supertehnoloģiskas iekārtas un daudzas dažādas pētījumu metodes, taču līdz šim visus darbus nav vainagojušies ar panākumiem.
No kā sastāv Visums
Viena no metodēm ietver eksperimentu veikšanu ar augstas enerģijas paātrinātājiem, ko parasti sauc par sadursmēm. Zinātnieki, uzskatot, ka tumšās vielas daļiņas ir 100-1000 reizes smagāki par protonu, pieņem, ka tās būs jārada parasto daļiņu sadursmē, ko sadursme paātrina līdz lielām enerģijām. Citas metodes būtība ir reģistrēt tumšās matērijas daļiņas, kas atrodas mums visapkārt. Galvenās grūtības šo daļiņu reģistrēšanā rada tas, ka tām ir ļoti vāja mijiedarbība ar parastajām daļiņām, kas tām ir raksturīgas caurspīdīgas. Un tomēr tumšās vielas daļiņas ļoti reti, bet saduras ar atomu kodoliem, un agrāk vai vēlāk ir zināma cerība šo parādību reģistrēt.
Ir arī citas pieejas un metodes tumšās vielas daļiņu izpētei, un kura no tām, pirmkārt, novedīs pie panākumiem, rādīs tikai laiks, taču katrā ziņā šo jauno daļiņu atklāšana būs nozīmīgs zinātnisks sasniegums.
Pretgravitācijas viela
Tumšā enerģija ir vēl neparasta viela nekā tā pati tumšā viela. Tam nav iespējas sapulcēties salipumos, kā rezultātā tas tiek vienmērīgi sadalīts visā Visumā. Bet tās visneparastākais īpašums šobrīd ir antigravitācija.
Pateicoties mūsdienu astronomiskajām metodēm, ir iespējams noteikt Visuma izplešanās ātrumu šobrīd un simulēt tā izmaiņu procesu agrāk. Rezultātā tika iegūta informācija, ka gan šobrīd, gan nesenā pagātnē mūsu Visums paplašinās, kamēr šī procesa temps nepārtraukti palielinās. Tāpēc parādījās hipotēze par tumšās enerģijas antigravitāciju, jo parastajai gravitācijas pievilcībai būtu palēninoša ietekme uz "galaktiku lejupslīdes" procesu, ierobežojot Visuma izplešanās ātrumu. Šī parādība nav pretrunā ar vispārējo relativitātes teoriju, bet tajā pašā laikā tumšajai enerģijai ir jābūt negatīvam spiedienam - īpašībai, kurai nav nevienas no šobrīd zināmajām vielām.
Kandidāti lomai "Tumšā enerģija"
Galaktiku masa Abel 2744 klasterī ir mazāka par 5 procentiem no tās kopējās masas. Šī gāze ir tik karsta, ka tā mirdz tikai rentgena diapazonā (šajā attēlā ir sarkana). Neredzamās tumšās vielas sadalījums (kas veido apmēram 75 procentus no šīs kopas masas) ir zilā krāsā.
Viens no domājamajiem tumšās enerģijas lomas kandidātiem ir vakuums, kura enerģijas blīvums Visuma paplašināšanās laikā nemainās un tādējādi apstiprina vakuuma negatīvo spiedienu. Vēl viens domājams kandidāts ir "kvintesence" - iepriekš neizpētīts super vājš lauks, kas, domājams, iet caur visu Visumu. Ir arī citi iespējamie kandidāti, taču šobrīd neviens no viņiem nav veicinājis precīzas atbildes iegūšanu uz jautājumu: kas ir tumšā enerģija? Bet jau tagad ir skaidrs, ka tumšā enerģija ir kaut kas pilnīgi pārdabisks, paliekot 21. gadsimta fundamentālās fizikas galvenajā noslēpumā.