Frågan om universums ursprung, dess förflutna och framtid har oroat människor sedan urminnes tider. Under många århundraden har teorier uppstått och vederlagts, som ger en bild av världen baserad på kända data. En grundläggande chock för den vetenskapliga världen var Einsteins relativitetsteori. Hon gjorde också ett stort bidrag till att förstå de processer som utgör universum. Relativitetsteorin kunde dock inte göra anspråk på att vara den yttersta sanningen, som inte kräver några tillägg. Förbättrad teknik gjorde det möjligt för astronomer att göra tidigare otänkbara upptäckter som krävde en ny teoretisk bas eller en betydande utökning av befintliga bestämmelser. Ett sådant fenomen är mörk materia. Men först till kvarn.
Fall från svunna dagar
För att förstå termen "mörk materia" låt oss gå tillbaka till början av förra seklet. På den tiden dominerade idén om universum som en stationär struktur. Samtidigt antog den allmänna relativitetsteorin (GR) att attraktionskraften förr eller senare skulle leda till att alla rymdobjekt "klibbar" till en enda boll, det skulle hända så härkallas gravitationskollaps. Det finns inga frånstötande krafter mellan rymdobjekt. Ömsesidig attraktion kompenseras av centrifugalkrafter som skapar en konstant rörelse av stjärnor, planeter och andra kroppar. På så sätt upprätthålls balansen i systemet.
För att förhindra universums teoretiska kollaps introducerade Einstein en kosmologisk konstant - ett värde som för systemet till det nödvändiga stationära tillståndet, men som samtidigt faktiskt är uppfunnet, utan någon uppenbar grund.
Expanding Universe
Beräkningarna och upptäckterna av Friedman och Hubble har visat att det inte finns något behov av att bryta mot de harmoniska ekvationerna för allmän relativitet med hjälp av en ny konstant. Det har bevisats, och idag är detta faktum praktiskt taget utom tvivel, att universum expanderar, det hade en gång en början, och det kan inte vara tal om stationäritet. Ytterligare utveckling av kosmologi ledde till uppkomsten av big bang-teorin. Huvudbekräftelsen på de nya antagandena är den observerade ökningen av avståndet mellan galaxer med tiden. Det var mätningen av hastigheten för avlägsnande från varandra av närliggande rymdsystem som ledde till bildandet av hypotesen att det finns mörk materia och mörk energi.
Data överensstämmer inte med teori
Fritz Zwicky 1931, och sedan Jan Oort 1932 och på 1960-talet, räknade massan av materia från galaxer i en avlägsen klunga och dess förhållande till hastigheten för deras avlägsnande från varandra. Då och då kom forskare till samma slutsatser: denna mängd materia räcker inte för att gravitationen som skapas av den ska kunna hållatillsammans galaxer som rör sig i så höga hastigheter. Zwicky och Oort föreslog att det finns en dold massa, universums mörka materia, som inte tillåter rymdobjekt att spridas i olika riktningar.
Hypotesen erkändes dock av den vetenskapliga världen först på sjuttiotalet, efter tillkännagivandet av resultaten av Vera Rubins arbete.
Hon byggde rotationskurvor som tydligt visar beroendet av rörelsehastigheten för materia i galaxen på avståndet som skiljer den från systemets centrum. Tvärtemot teoretiska antaganden visade det sig att stjärnornas hastighet inte minskar när de rör sig bort från det galaktiska centrumet, utan ökar. Sådant beteende hos armaturerna kunde endast förklaras av närvaron av en halo i galaxen, som är fylld med mörk materia. Astronomi står alltså inför en helt outforskad del av universum.
Egenskaper och sammansättning
Mörk den här typen av materia kallas för att den inte kan ses på något existerande sätt. Dess närvaro känns igen av ett indirekt tecken: mörk materia skapar ett gravitationsfält, samtidigt som det inte sänder ut helt elektromagnetiska vågor.
Den viktigaste uppgiften som dök upp för forskarna var att få svar på frågan om vad denna fråga består av. Astrofysiker försökte "fylla" den med den vanliga baryonmateria (baryonmateria består av mer eller mindre studerade protoner, neutroner och elektroner). Galaxernas mörka halo inkluderade kompakta, svagt utstrålande stjärnor av denna typbruna dvärgar och enorma planeter nära Jupiter i massa. Dessa antaganden har dock inte stått emot granskning. Baryonmateria, bekant och känd, kan således inte spela någon betydande roll i den dolda massan av galaxer.
Idag letar fysiken efter okända komponenter. Forskarnas praktiska forskning är baserad på teorin om supersymmetri av mikrokosmos, enligt vilken det för varje känd partikel finns ett supersymmetriskt par. Det är dessa som utgör mörk materia. Men inga bevis för att sådana partiklar finns har ännu erhållits, kanske är detta en fråga för en nära framtid.
Mörk energi
Upptäckten av en ny typ av materia avslutade inte de överraskningar som universum förberett för forskare. 1998 fick astrofysiker en ny chans att jämföra teoriernas data med fakta. Detta år präglades av explosionen av en supernova i en galax långt ifrån oss.
Astronomer mätte avståndet till den och blev oerhört förvånade över de data som erhölls: stjärnan flammade upp mycket längre än den borde ha varit enligt den befintliga teorin. Det visade sig att universums expansionshastighet ökar med tiden: nu är den mycket högre än den var för 14 miljarder år sedan, när big bang ska ha inträffat.
Som du vet behöver den överföra energi för att påskynda kroppens rörelser. Kraften som får universum att expandera snabbare har blivit känd som mörk energi. Detta är inte mindre mystisk del av kosmos än mörk materia. Det är bara känt att det är karakteristisktenhetlig fördelning över hela universum, och dess inverkan kan endast registreras på enorma kosmiska avstånd.
Och igen den kosmologiska konstanten
Mörk energi har skakat big bang-teorin. En del av den vetenskapliga världen är skeptisk till möjligheten av ett sådant ämne och accelerationen av expansion som orsakas av det. Vissa astrofysiker försöker återuppliva den bortglömda Einsteins kosmologiska konstant, som återigen från kategorin ett stort vetenskapligt misstag kan gå in på antalet arbetshypoteser. Dess närvaro i ekvationerna skapar antigravitation, vilket leder till en acceleration av expansionen. Vissa av konsekvenserna av närvaron av den kosmologiska konstanten överensstämmer dock inte med observationsdata.
I dag är mörk materia och mörk energi, som utgör det mesta av materien i universum, mysterier för forskare. Det finns inget entydigt svar på frågan om deras natur. Dessutom är det kanske inte den sista hemligheten som rymden håller för oss. Mörk materia och energi kan bli tröskeln för nya upptäckter som kan vända vår förståelse av universums struktur.
