¿Qué es la materia oscura?
En una noche sin luna, las estrellas brillan en el cielo. Nos resulta difícil imaginar que exista una gran cantidad de lo que se llama "materia oscura" escondida en el espacio distante. En realidad representa la gran mayoría de la masa total del universo, pero no pertenece a ninguna materia conocida. constituye nuestros cuerpos celestes visibles.
La materia oscura es invisible e intangible, pero tiene gravedad y masa. Hasta ahora, los físicos no han podido demostrar directamente la existencia de materia oscura, pero los signos de materia oscura están por todas partes en la estructura a gran escala del universo y mantienen a las galaxias funcionando de manera estable y sin desmoronarse.
Entonces, ¿cómo surgió la hipótesis de la materia oscura?
Cuando el físico suizo Zwicky utilizó el efecto Doppler para medir la velocidad de rotación de varios lugares de la galaxia espiral en 1933, descubrió que cuando el cuerpo celeste gira alrededor del centro, la velocidad orbital desde el centro hacia el La periferia está y no ha disminuido. Según la ley de la gravitación universal, en esta galaxia hay decenas de veces más materia invisible que estrellas visibles y nubes de gas. Nuestro sistema solar no es así. El 99% de la masa del sistema solar se concentra en el Sol y el número total de planetas y cometas no luminosos es inferior al 1%. Los planetas cercanos al sol giran rápidamente alrededor del sol. Por ejemplo, la velocidad orbital de Mercurio es de unos 48 km/s, y el distante planeta enano Plutón gira lentamente, sólo 4,7 km/s.
En la década de 1970, Rubin de Estados Unidos midió más de 60 Las velocidades de rotación de galaxias similares a la Vía Láctea llevan a la misma conclusión que Zwicky. Más tarde, una gran cantidad de nuevos datos de observación también mostraron que debería haber una gran cantidad de materia oscura en los cúmulos de galaxias. Desde entonces, la hipótesis de la materia oscura ha sido ampliamente reconocida por la comunidad académica.
¿Qué es exactamente la materia oscura?
Los científicos creen que si la materia oscura está compuesta de átomos como la materia ordinaria conocida, entonces debería haber 100 mil millones de agujeros negros en la Vía Láctea. O cada estrella tiene una gran cantidad de planetas, por ejemplo, el sistema solar debería tener 10.000 Júpiter, pero si sólo unos pocos de estos planetas son más pesados, se fusionarán y emitirán luz, que no es materia oscura.
Actualmente, los físicos generalmente creen que la materia oscura no es un átomo, ni siquiera un protón o un neutrón, sino una "partícula de masa que interactúa débilmente". Además, también existen hipótesis de que el componente principal de la materia oscura está compuesto por otro tipo de partículas, como axiones y neutrinos estériles.
La astronomía moderna ha demostrado a través de observaciones del movimiento de los cuerpos celestes, lentes gravitacionales y radiación de fondo de microondas que la materia oscura puede existir en grandes cantidades en las galaxias y el universo, y que su masa es mucho mayor que la cantidad total de todas. materia visible. Aproximadamente el 26,8% del universo es materia oscura, el 4,9% es materia ordinaria, como cuerpos celestes y gases interestelares, y el 68,3% restante es energía oscura que impulsa la expansión acelerada del universo.
¿Cómo detectar la existencia de materia oscura?
La detección actual de materia oscura se obtiene principalmente a través de evidencia indirecta. Como se mencionó anteriormente, basándose en el cálculo de la teoría gravitacional del movimiento de los objetos de las galaxias espirales, la curva de rotación medida de la galaxia muestra que la única explicación es que debe haber materia oscura en la galaxia. También se pueden observar los rayos X producidos por los cúmulos de galaxias, y sus temperaturas pueden usarse para inferir la distribución de masa de la materia oscura en las galaxias.
La aplicación de lentes gravitacionales es una forma conveniente de detectar indirectamente la materia oscura. Si la luz de la estrella pasa a través de una mancha de materia oscura en su camino, la gravedad de la materia oscura desviará la luz una y otra vez, de modo que parte de la luz que originalmente no viajaba hacia la Tierra también llegará a la Tierra, haciendo la estrella parece mucho más brillante.
Según la relatividad general, la lente gravitacional se puede confirmar siempre que la luz procedente de detrás del fondo atraviese la materia oscura antes de llegar a la Tierra. Con base en el grado de curvatura de la luz de fondo, se puede calcular la distribución de la materia oscura en el cúmulo de galaxias, lo que equivale a obtener evidencia de la existencia de materia oscura.
Hoy en día, los científicos prestan más atención a los experimentos que detectan directamente partículas de materia oscura. Por ejemplo, mediante el uso de "aceleradores" se pueden detectar partículas de materia oscura producidas artificialmente en colisionadores de partículas. Espero que en un futuro próximo se desvelen los secretos de la materia oscura.
¿Qué es la materia oscura?
La materia oscura es una sustancia invisible que teóricamente puede existir en el universo. Puede ser un componente importante de la materia en el universo, pero no forma parte de ningún material conocido que forme cuerpos celestes visibles.
Una teoría actualmente ampliamente aceptada sostiene que la materia oscura está compuesta de "partículas que interactúan débilmente con la masa", cuya masa y fuerza de interacción están cercanas a la escala electrodébil, y la abundancia restante observada se obtiene a través de la energía térmica. Proceso de desacoplamiento durante la expansión del universo.
Materia oscura No existe ninguna ley que exija que la materia esté siempre formada por partículas cargadas, pero la materia que no participa en interacciones electromagnéticas es invisible a nuestros ojos. La llamada materia oscura no tiene ninguna carga electromagnética y nadie puede observarla directamente a simple vista o con instrumentos ópticos sensibles.
El signo más significativo de la existencia de materia oscura es precisamente nuestra propia existencia humana. Aunque invisible, la materia oscura es crucial para la evolución de nuestro universo y la creación de estrellas, planetas e incluso vida. Esto se debe a que la materia oscura transporta cinco veces la masa de la materia normal y la materia oscura no interactúa directamente con la luz.
Estas dos propiedades son clave para determinar que estructuras celestes como las galaxias pueden formarse en el corto lapso de tiempo de vida típico de una galaxia que conocemos, y las propiedades de la materia oscura son críticas para la formación de galaxias tan grandes como nuestra propia Vía Láctea. Sin materia oscura, la radiación electromagnética impediría que las estructuras galácticas se agruparan durante largos períodos de tiempo.
Al eliminar esencialmente la posibilidad de formación de estructuras galácticas, el universo permanecerá plano y uniforme. Precisamente debido a la existencia de materia oscura, la Vía Láctea, necesaria para nuestra vida y nuestro sistema solar, se formó en el tiempo comprendido entre el Big Bang y el presente.
Datos ampliados;
En lo que respecta a la materia oscura, se remonta al descubrimiento de la desintegración beta radiactiva a principios del siglo XX. Para explicar este fenómeno, el entonces teórico italiano Enrico Fermi planteó la hipótesis de la existencia de una nueva fuerza y una nueva partícula transmisora de fuerza en la naturaleza que causaba la desintegración nuclear. Esta nueva fuerza es similar a la fuerza electromagnética.
Esta nueva fuerza ahora se llama fuerza nuclear débil, y las hipotéticas partículas de transferencia de la fuerza nuclear débil son partículas W y partículas Z. No son materia oscura per se, pero sus propiedades insinúan su existencia. De hecho, los físicos creen que podría haber docenas de partículas alineadas esperando a ser descubiertas, según el llamado principio de supersimetría, en el que cada partícula conocida tiene una contraparte desconocida.
Entre estas partículas hipotéticas, hay una gran clase llamada partículas masivas que interactúan débilmente, llamadas así porque estas partículas interactúan sólo a través de la fuerza nuclear débil. Pero que estas partículas puedan realmente explicar la materia oscura depende de su abundancia, que es lo que realmente atrae la atención de la física de partículas.
Consulte la Enciclopedia Baidu - Materia oscura
¿Qué es la materia oscura? ¿Cómo prueban los científicos su existencia?
La materia oscura se denomina materia oscura porque no interactúa con el campo electromagnético, lo que significa que no absorbe, refleja ni emite radiación electromagnética, por lo que es difícil de detectar. La astronomía moderna se basa en métodos y teorías como las lentes gravitacionales, la formación de estructuras a gran escala en el universo y la radiación de fondo de microondas para detectar la materia oscura.
Introducción a la Materia Oscura
La principal evidencia de la materia oscura proviene de cálculos que muestran que muchas galaxias volarían sin grandes cantidades de materia invisible, o ni siquiera se formarían. comportarse como se observa. En pocas palabras, la materia oscura proviene de cálculos y teorías y no ha sido observada directamente. En el modelo de universo estándar LambdaCDM, los datos detectados por el satélite Planck muestran que el universo está compuesto por un 4,9% de materia regular, un 26,8% de materia oscura y un 68,3% de energía oscura. Entonces, la materia oscura representa el 85% de la masa total, y la energía oscura y la materia oscura representan el 95% de la masa y energía totales.
La Tierra rodeada de materia oscura
La historia temprana de la materia oscura
En 1884, Lord Kelvin estimó la masa de la Vía Láctea y determinó que la. La masa del universo estaba relacionada con la masa de las estrellas visibles. La calidad es diferente. Por lo tanto, Lord Kelvin concluyó que "muchas, quizás la mayoría, de nuestras estrellas pueden ser materia oscura". Grandes hombres como Kelvin y Poincaré han especulado sobre la existencia de la materia oscura, pero todo son especulaciones. Es la famosa teoría general de la relatividad la que proporciona una base teórica sólida para la materia oscura. Más tarde, Einstein y De Sitter coescribieron un artículo sobre la existencia de "materia invisible" en el universo. De Sitter también es conocido como "el pionero teórico de la materia y la energía oscuras".
En 1932, el científico holandés Jan Oort presentó pruebas e infirió la existencia de materia oscura. Propuso la idea de que la Vía Láctea debería tener más masa basándose en el movimiento de sus estrellas, pero se dijo que esta última prueba era errónea.
En la década de 1960, el trabajo de Vera Rubin, Kent Ford y Ken Freeman proporcionó más pruebas contundentes de la materia oscura. Además, Rubin y Ford utilizaron un nuevo espectrómetro para medir con mayor precisión el perfil de velocidad en el borde de la galaxia espiral. Se sabe que cuanto más lejos está un planeta de una estrella, más lenta es su velocidad orbital.
Por lo tanto, las galaxias en rotación también deberían obedecer esta ley.
Pero los resultados de sus mediciones fueron inesperados. Las estrellas más alejadas del centro de una galaxia giran mucho más rápido de lo que predicen las leyes de Kepler. Si quieres igualar estas estrellas extremadamente rápidas, necesitas más potencia. ¿De dónde vienen estas fuerzas gravitacionales? Por lo tanto, especulan que hay una gran cantidad de masa que puede tirar de las partes exteriores de la galaxia para que no se separe de la galaxia debido a una fuerza centrífuga excesiva. Este es el famoso problema de rotación de galaxias.
Clasificación de la materia oscura
Históricamente, la gente dividía la posible materia oscura en tres categorías: materia oscura fría, materia oscura cálida y materia oscura caliente. Esta clasificación no se basa en la temperatura real de las partículas, sino en la velocidad a la que se mueven.
Materia oscura fría: Materia que se mueve a velocidades clásicas.
Materia Oscura Cálida: Partículas que se mueven lo suficientemente rápido como para producir efectos relativistas.
Materia oscura térmica: velocidad de las partículas cercana a la velocidad de la luz.
Detección de materia oscura
Detección directa
Los experimentos de detección directa de materia oscura generalmente se realizan a gran profundidad para eliminar el ruido de fondo de los rayos cósmicos. Actualmente, la mayoría de los experimentos utilizan detectores criogénicos o detectores de líquidos inertes. Ambas técnicas de detección pueden identificar colisiones de materia oscura con nucleones a partir del ruido de otras partículas que chocan con electrones.
Detección indirecta
La detección indirecta de materia oscura consiste principalmente en observar la señal generada por su aniquilación. Sin embargo, hasta que no se comprenda completamente el ruido de fondo de otras fuentes, esta detección no es suficiente para ser una prueba decisiva de la existencia de materia oscura, por lo que sólo puede considerarse como una detección indirecta.
Resumen
Debido a que la materia oscura no se ha finalizado y han surgido otras hipótesis para explicar los fenómenos observados, la materia oscura también se ha utilizado para explicar los fenómenos observados. El método más utilizado en la actualidad es modificar la teoría general de la relatividad. La relatividad general ha sido bien probada en la escala del sistema solar, pero su validez en la escala galáctica o cósmica no ha sido bien demostrada. La opinión predominante entre la mayoría de los astrofísicos es que, si bien las modificaciones de la relatividad general pueden explicar parte de la evidencia observacional, hay datos suficientes para concluir que debe existir alguna forma de materia oscura en el universo. Los experimentos de detección directa de materia oscura generalmente se realizan a gran profundidad para eliminar el ruido de fondo de los rayos cósmicos.
¿Qué es la materia oscura?
Con más investigaciones sobre la teoría del Big Bang apareció la materia oscura. Entonces, ¿qué es exactamente la materia oscura? Hablemos de ello en detalle.
Observaciones astronómicas recientes y estudios teóricos sobre la expansión del universo indican que la densidad del universo puede estar compuesta por un 70% de energía oscura, un 5% de objetos luminosos y no luminosos, un 5% de materia oscura caliente, y un 20% de materia oscura fría. En otras palabras, el 90% del universo es materia oscura invisible, que puede contener una partícula pesada invisible que interactúa débilmente y que queda del universo primitivo; la materia fría es la clave para respaldar la teoría de la expansión del universo.
Precisamente porque la energía oscura y la materia oscura en el universo aún no han sido descubiertas, los científicos nos han dejado una serie de ellas.
¿Cuánta materia oscura hay en el universo?
En la actualidad, los científicos no pueden dar cifras concretas, solo pueden dar algunas cifras estimadas: la materia bariónica representa aproximadamente el 2% de la masa total del universo. En otras palabras, todo tipo de materia interestelar que pueda. observarse en el universo La masa total de materia, estrellas y estrellas solo representa el 2% de la masa total del universo, y el 98% de la materia no ha sido observada directamente. Entre la materia oscura no bariónica del universo, la materia oscura fría representa aproximadamente el 70% y la materia oscura caliente representa aproximadamente el 30%.
¿De qué está hecha la materia oscura del universo?
El Instituto de Física de Altas Energías de la Academia de Ciencias de China siempre ha sido líder internacional en la investigación sobre la búsqueda de materia oscura. En 1972, el Observatorio Alpino de Rayos Cósmicos del Instituto de Alta Energía de Yunnan observó un extraño fenómeno: partículas de rayos cósmicos con una energía superior a 300 mil millones de electronvoltios colisionaron con una partícula de grafito, produciendo tres partículas cargadas. El análisis muestra que uno de ellos es un mesón negativo, otro es un protón y el otro es una partícula cargada con una energía superior a 43 mil millones de electronvoltios y una vida útil superior a 0,046 nanosegundos. Muchos científicos creen que si se puede confirmar esta sustancia, definitivamente será una nueva partícula que supere el modelo estándar, y es probable que esta nueva partícula sea la partícula componente de la materia oscura que se ha buscado durante mucho tiempo.
En la década de 1980, algunos científicos de Estados Unidos y la Unión Soviética propusieron el modelo "axión" de la materia oscura. Según este modelo, cuando comenzó el caos, el universo era como una sopa de bariones y axiones.
Posteriormente, debido a la energía irradiada, los bariones se desplazan lentamente hacia el centro de la masa. Como resultado, el núcleo de la materia luminosa ordinaria queda rodeado por un halo frío, formando un objeto parecido a una galaxia. Alguien ha utilizado una computadora para simular este modelo, y la imagen final de la evolución del universo es muy consistente con el universo observado hoy. Sin embargo, dado que este modelo aún carece de respaldo teórico, se necesitan más experimentos para confirmarlo.
¿Qué es la materia oscura?
Con más investigaciones sobre la teoría del Big Bang apareció la materia oscura. Entonces, ¿qué es exactamente la materia oscura? Hablemos de ello en detalle.
Observaciones astronómicas recientes y estudios teóricos sobre la expansión del universo indican que la densidad del universo puede estar compuesta por un 70% de energía oscura, un 5% de objetos luminosos y no luminosos, un 5% de materia oscura caliente, y un 20% de materia oscura fría. En otras palabras, el 90% del universo es materia oscura invisible, que puede contener una partícula pesada invisible que interactúa débilmente y que queda del universo primitivo; la materia fría es la clave para respaldar la teoría de la expansión del universo.
Precisamente porque la energía oscura y la materia oscura en el universo aún no han sido descubiertas, los científicos nos han dejado una serie de ellas.
¿Cuánta materia oscura hay en el universo?
En la actualidad, los científicos no pueden dar cifras concretas, solo pueden dar algunas cifras estimadas: la materia bariónica representa aproximadamente el 2% de la masa total del universo. En otras palabras, todo tipo de materia interestelar que pueda. observarse en el universo La masa total de materia, estrellas y estrellas solo representa el 2% de la masa total del universo, y el 98% de la materia no ha sido observada directamente. Entre la materia oscura no bariónica del universo, la materia oscura fría representa aproximadamente el 70% y la materia oscura caliente representa aproximadamente el 30%.
¿De qué está hecha la materia oscura del universo?
El Instituto de Física de Altas Energías de la Academia de Ciencias de China siempre ha sido líder internacional en la investigación sobre la búsqueda de materia oscura. En 1972, el Observatorio Alpino de Rayos Cósmicos del Instituto de Alta Energía de Yunnan observó un extraño fenómeno: partículas de rayos cósmicos con una energía superior a 300 mil millones de electronvoltios colisionaron con una partícula de grafito, produciendo tres partículas cargadas. El análisis muestra que uno de ellos es un mesón negativo, otro es un protón y el otro es una partícula cargada con una energía superior a 43 mil millones de electronvoltios y una vida útil superior a 0,046 nanosegundos. Muchos científicos creen que si se puede confirmar esta sustancia, definitivamente será una nueva partícula que supere el modelo estándar, y es probable que esta nueva partícula sea la partícula componente de la materia oscura que se ha buscado durante mucho tiempo.
En la década de 1980, algunos científicos de Estados Unidos y la Unión Soviética propusieron el modelo "axión" de la materia oscura. Según este modelo, cuando comenzó el caos, el universo era como una sopa de bariones y axiones. Posteriormente, debido a la energía irradiada, los bariones se desplazan lentamente hacia el centro de la masa. Como resultado, el núcleo de la materia luminosa ordinaria queda rodeado por un halo frío, formando un objeto parecido a una galaxia. Alguien ha utilizado una computadora para simular este modelo, y la imagen final de la evolución del universo es muy consistente con el universo observado hoy. Sin embargo, dado que este modelo aún carece de respaldo teórico, se necesitan más experimentos para confirmarlo.
¿Qué es la materia oscura?
Con más investigaciones sobre la teoría del Big Bang apareció la materia oscura. Entonces, ¿qué es exactamente la materia oscura? Hablemos de ello en detalle.
Observaciones astronómicas recientes y estudios teóricos sobre la expansión del universo indican que la densidad del universo puede estar compuesta por un 70% de energía oscura, un 5% de objetos luminosos y no luminosos, un 5% de materia oscura caliente, y un 20% de materia oscura fría. En otras palabras, el 90% del universo es materia oscura invisible, que puede contener una partícula pesada invisible que interactúa débilmente y que queda del universo primitivo; la materia fría es la clave para respaldar la teoría de la expansión del universo.
Precisamente porque la energía oscura y la materia oscura en el universo aún no han sido descubiertas, los científicos nos han dejado una serie de ellas.
¿Cuánta materia oscura hay en el universo?
En la actualidad, los científicos no pueden dar cifras concretas, solo pueden dar algunas cifras estimadas: la materia bariónica representa aproximadamente el 2% de la masa total del universo. En otras palabras, todo tipo de materia interestelar que pueda. observarse en el universo La masa total de materia, estrellas y estrellas solo representa el 2% de la masa total del universo, y el 98% de la materia no ha sido observada directamente. Entre la materia oscura no bariónica del universo, la materia oscura fría representa aproximadamente el 70% y la materia oscura caliente representa aproximadamente el 30%.
¿De qué está hecha la materia oscura del universo?
El Instituto de Física de Altas Energías de la Academia de Ciencias de China siempre ha sido un líder internacional en la búsqueda de materia oscura.
En 1972, el Observatorio Alpino de Rayos Cósmicos del Instituto de Alta Energía de Yunnan observó un extraño fenómeno: partículas de rayos cósmicos con una energía superior a 300 mil millones de electronvoltios colisionaron con una partícula de grafito, produciendo tres partículas cargadas. El análisis muestra que uno de ellos es un mesón negativo, otro es un protón y el otro es una partícula cargada con una energía superior a 43 mil millones de electronvoltios y una vida útil superior a 0,046 nanosegundos. Muchos científicos creen que si se puede confirmar esta sustancia, definitivamente será una nueva partícula que supere el modelo estándar, y es probable que esta nueva partícula sea la partícula componente de la materia oscura que se ha buscado durante mucho tiempo.
En la década de 1980, algunos científicos de Estados Unidos y la Unión Soviética propusieron el modelo "axión" de la materia oscura. Según este modelo, cuando comenzó el caos, el universo era como una sopa de bariones y axiones. Posteriormente, debido a la energía irradiada, los bariones se desplazan lentamente hacia el centro de la masa. Como resultado, el núcleo de la materia luminosa ordinaria queda rodeado por un halo frío, formando un objeto parecido a una galaxia. Alguien ha utilizado una computadora para simular este modelo, y la imagen final de la evolución del universo es muy consistente con el universo observado hoy. Sin embargo, dado que este modelo aún carece de respaldo teórico, se necesitan más experimentos para confirmarlo.