Universets sammensætning

Universet er et stort og fascinerende sted. Når astronomer overvejer, hvad det er lavet af, kan de pege mest direkte på de milliarder af galakser, den indeholder. Hver af disse har millioner eller milliarder - eller endda billioner - stjerner. Mange af disse stjerner har planeter. Der er også skyer af gas og støv.

Mellem galakserne, hvor det ser ud til, at der ville være meget lidt "ting", findes skyer af varme gasser nogle steder, mens andre regioner næsten er tomme hulrum. Alt dette er materiale, der kan detekteres. Så hvor vanskeligt kan det være at kigge ud i kosmos og med rimelig nøjagtighed estimere mængden af ​​lysmasse (det materiale, vi kan se) i universet, ved brug af radio, infrarød og røntgenbillede astronomi?

Nu hvor astronomer har meget følsomme detektorer, gør de store fremskridt med at finde ud af universets masse og hvad der udgør denne masse. Men det er ikke problemet. De svar, de får, giver ikke mening. Er deres metode til at tilføje massen forkert (ikke sandsynlig) eller er der noget andet derude; noget andet, som de ikke kan

En af de største beviser for universets masse er noget, der kaldes den kosmiske mikrobølgebakgrund (CMB). Det er ikke en fysisk "barriere" eller noget lignende. I stedet er det en tilstand i det tidlige univers, der kan måles ved hjælp af mikrobølgedetektorer. CMB stammer fra kort efter Big Bang og er faktisk universets baggrundstemperatur. Tænk på det som varme, der kan detekteres i hele kosmos lige fra alle retninger. Det er ikke ligesom varmen, der kommer fra solen eller stråler fra en planet. I stedet er det en meget lav temperatur målt til 2,7 grader K. Når astronomer går for at måle denne temperatur, ser de små, men vigtige udsving spredt over denne baggrund "varme". At det eksisterer betyder imidlertid, at universet i det væsentlige er "fladt". Det betyder, at det vil udvide sig for evigt.

Så hvad betyder denne fladhed for at finde ud af universets masse? I det væsentlige, med tanke på universets målte størrelse, betyder det, at der skal være nok masse og energi til stede i det til at gøre det "fladt". Problemet? Nå, når astronomer tilføjer alt det "normal" sag (såsom stjerner og galakser plus gas i universet, det er kun ca. 5% af den kritiske tæthed, som et fladt univers har brug for for at forblive fladt.

Det betyder, at 95 procent af universet endnu ikke er blevet detekteret. Den er der, men hvad er det? Hvor er det? Forskere siger, at det eksisterer som mørkt stof og mørk energi.

Den masse, vi kan se, kaldes "baryonisk" sag. Det er planeterne, galakser, gasskyer og klynger. Massen, der ikke kan ses, kaldes mørk materie. Der er også energi (lys) der kan måles; interessant nok er der også den såkaldte "mørke energi." og ingen har en meget god idé om, hvad det er.

Så hvad udgør universet og i hvilke procenter? Her er en oversigt over de aktuelle masseforhold i universet.

For det første er der de tunge elementer. De udgør omkring ~ 0,03% af universet. I næsten en halv milliard år efter universets fødsel var de eneste elementer, der eksisterede, brint og helium. De er ikke tunge.

Men efter at stjerner blev født, levet og døde, begyndte universet at blive podet med elementer, der var tungere end brint og helium, der blev "kogt op" inden i stjerner. Det sker, når stjerner smelter sammen brint (eller andre elementer) i deres kerner. Stardeath spreder alle disse elementer til rummet gennem planetariske tåger eller supernovaeksplosioner. Når de først er spredt ud i rummet. de er førsteklasses materiale til opbygning af de næste generationer af stjerner og planeter.

Dette er imidlertid en langsom proces. Selv næsten 14 milliarder år efter oprettelsen består den kun en lille brøkdel af universets masse af elementer, der er tungere end helium.

Neutrinoer er også en del af universet, selvom kun ca. 0,3 procent af det. Disse oprettes under kernefusionsprocessen i stjernernes kerner, neutrinoer er næsten masseløse partikler, der bevæger sig med næsten lysets hastighed. Sammen med deres manglende ladning betyder deres lille masse, at de ikke let interagerer med masse undtagen for en direkte indflydelse på en kerne. Måling af neutrinoer er ikke en let opgave. Men det har gjort det muligt for forskere at få gode estimater af nukleare fusionshastigheder for vores sol og andre stjerner samt et skøn over den samlede neutrinopopulation i universet.

Når stargazers kigger ud i nattehimmelen, er det meste af hvad stjernerne ser. De udgør omkring 0,4 procent af universet. Når folk ser på det synlige lys, der kommer fra andre galakser, er det meste af det, de ser, stjerner. Det virker underligt, at de kun udgør en lille del af universet.

Så hvad er mere, rigeligt end stjerner og neutrinoer? Det viser sig, at med fire procent udgør gasser en meget større del af kosmos. De besætter normalt pladsen mellem stjerner, og for den sags skyld rummet mellem hele galakser. Interstellar gas, der stort set kun er frit elementært brint og helium, udgør det meste af massen i universet, der kan måles direkte. Disse gasser detekteres ved hjælp af instrumenter, der er følsomme over for radio-, infrarød- og røntgenbølgelængder.

Mørkt stof

Det næststørste "stof" i universet er noget, som ingen har set ellers opdaget. Alligevel udgør det cirka 22 procent af universet. Forskere analyserer bevægelsen (rotation) af galakser, såvel som samspillet mellem galakser i galakse-klynger, fandt, at al den til stede gas og støv ikke er tilstrækkelig til at forklare galakernes udseende og bevægelser. Det viser sig, at 80 procent af massen i disse galakser skal være "mørk". Det vil sige, det er ikke detekterbart i nogen lysets bølgelængde, radio igennem gamma-ray. Derfor kaldes "disse ting" "mørk materie".

Identiteten af ​​denne mystiske masse? Ukendt. Den bedste kandidat er kold mørk stof, som teoretiseres for at være en partikel, der ligner en neutrino, men med en meget større masse. Det menes, at disse partikler, ofte kendt som svagt interagerende massive partikler (WIMPs) opstod tidligt fra termiske interaktioner galakse formationer. Imidlertid har vi endnu ikke været i stand til at registrere mørkt stof, direkte eller indirekte, eller skabe det i et laboratorium.

Universets mest rigelige masse er ikke mørkt stof eller stjerner eller galakser eller skyer af gas og støv. Det er noget, der kaldes "mørk energi", og det udgør 73 procent af universet. Faktisk er mørk energi overhovedet ikke (sandsynligvis) massiv. Hvilket gør dens kategorisering af "masse" lidt forvirrende. Så hvad er det? Det er muligvis en meget mærkelig egenskab ved selve rumtiden, eller måske endda et uforklarligt (hidtil) energifelt, der gennemsyrer hele universet. Eller det er ingen af ​​disse ting. Ingen ved. Kun tid og masser og mange flere data fortæller.

Redigeret og opdateret af Carolyn Collins Petersen.