Az Univerzum eredetének, múltjának és jövőjének kérdése időtlen idők óta foglalkoztatja az embereket. Évszázadokon keresztül születtek és cáfoltak elméletek, amelyek ismert adatok alapján kínálnak képet a világról. A tudományos világ alapvető megrázkódtatása volt Einstein relativitáselmélete. Az Univerzumot alkotó folyamatok megértéséhez is nagyban hozzájárult. A relativitáselmélet azonban nem vallhatta magát a végső igazságnak, amely nem igényel semmilyen kiegészítést. A technológiák fejlesztése lehetővé tette a csillagászok számára, hogy korábban elképzelhetetlen felfedezéseket tegyenek, amelyek új elméleti alapot vagy a meglévő rendelkezések jelentős bővítését igényelték. Az egyik ilyen jelenség a sötét anyag. De először a dolgok.
A letűnt napok esetei
A „sötét anyag” kifejezés megértéséhez ugorjunk vissza a múlt század elejére. Abban az időben az Univerzum, mint álló szerkezet elképzelése dominált. Mindeközben az általános relativitáselmélet (GR) azt feltételezte, hogy a vonzási erő előbb-utóbb ahhoz vezet, hogy az összes űrobjektum egyetlen golyóba "ragadjon", ez így fog történnigravitációs összeomlásnak nevezik. Az űrobjektumok között nincsenek taszító erők. A kölcsönös vonzást centrifugális erők kompenzálják, amelyek csillagok, bolygók és más testek állandó mozgását hozzák létre. Ily módon megmarad a rendszer egyensúlya.
Az Univerzum elméleti összeomlásának megelőzése érdekében Einstein bevezetett egy kozmológiai állandót – egy olyan értéket, amely a rendszert a szükséges stacionárius állapotba hozza, de ugyanakkor ténylegesen feltalálták, és ennek nincs nyilvánvaló alapja.
Táguló Univerzum
Friedman és Hubble számításai és felfedezései megmutatták, hogy nincs szükség az általános relativitáselmélet harmonikus egyenleteinek megsértésére egy új állandó segítségével. Bebizonyosodott, és ma ez a tény gyakorlatilag kétségtelen, hogy az Univerzum tágul, valamikor volt kezdete, és stacionaritásról szó sem lehet. A kozmológia további fejlődése az ősrobbanás elméletének megjelenéséhez vezetett. Az új feltételezések fő megerősítése a galaxisok közötti távolság megfigyelt növekedése az idő múlásával. A szomszédos űrrendszerek egymástól való eltávolításának sebességének mérése vezetett annak a hipotézisnek a kialakulásához, hogy létezik sötét anyag és sötét energia.
Az adatok nincsenek összhangban az elmélettel
Fritz Zwicky 1931-ben, majd Jan Oort 1932-ben és az 1960-as években számolta a távoli halmazban lévő galaxisok anyagának tömegét és annak arányát az egymástól való eltávolodás sebességével. A tudósok időről időre ugyanazokra a következtetésekre jutottak: ez az anyagmennyiség nem elég ahhoz, hogy az általa létrehozott gravitáció megtartsa.együtt olyan nagy sebességgel mozgó galaxisok. Zwicky és Oort azt javasolta, hogy létezik egy rejtett tömeg, az Univerzum sötét anyaga, amely nem teszi lehetővé az űrobjektumok különböző irányokba való szétszóródását.
A hipotézist azonban csak a hetvenes években, Vera Rubin munkájának eredményhirdetése után ismerte fel a tudományos világ.
Forgási görbéket épített, amelyek egyértelműen demonstrálják, hogy a galaxis anyagának mozgási sebessége függ attól a távolságtól, amely elválasztja a rendszer középpontjától. Az elméleti feltételezésekkel ellentétben kiderült, hogy a csillagok sebessége a galaktikus középponttól távolodva nem csökken, hanem nő. A világítótestek ilyen viselkedése csak egy halo jelenlétével magyarázható a galaxisban, amely tele van sötét anyaggal. A csillagászat tehát az univerzum egy teljesen feltáratlan részével néz szembe.
Tulajdonságok és összetétel
Sötétnek nevezik ezt a fajta anyagot, mert semmilyen létező eszközzel nem látható. Jelenlétét egy közvetett jel ismeri fel: a sötét anyag gravitációs teret hoz létre, miközben nem bocsát ki teljesen elektromágneses hullámokat.
A tudósok előtt felmerülő legfontosabb feladat az volt, hogy választ kapjanak arra a kérdésre, hogy miből áll ez az anyag. Az asztrofizikusok megpróbálták "megtölteni" a szokásos barionanyaggal (a barionanyag többé-kevésbé tanulmányozott protonokból, neutronokból és elektronokból áll). A galaxisok sötét glóriája tömör, gyengén sugárzó csillagokat tartalmazottbarna törpék és a Jupiterhez közeli hatalmas bolygók tömegében. Ezek a feltételezések azonban nem állták ki a vizsgálatot. Az ismert és ismert barionanyag tehát nem játszhat jelentős szerepet a galaxisok rejtett tömegében.
Ma a fizika ismeretlen komponenseket keres. A tudósok gyakorlati kutatása a mikrokozmosz szuperszimmetriájának elméletén alapul, amely szerint minden ismert részecskére van egy szuperszimmetrikus pár. Ezek alkotják a sötét anyagot. Az ilyen részecskék létezésére azonban még nem sikerült bizonyítékot szerezni, talán ez a közeljövő kérdése.
Sötét energia
Az Univerzum által a tudósok számára készített meglepetések nem zártak le egy új típusú anyag felfedezésével. 1998-ban az asztrofizikusok újabb lehetőséget kaptak az elméletek adatainak a tényekkel való összehasonlítására. Ezt az évet egy szupernóva robbanása jellemezte egy tőlünk távoli galaxisban.
A csillagászok megmérték a távolságot, és rendkívül meglepődtek a kapott adatokon: a csillag sokkal messzebbre lobbant fel, mint amennyire a létező elmélet szerint lennie kellett volna. Kiderült, hogy az univerzum tágulási üteme az idő múlásával növekszik: most sokkal magasabb, mint 14 milliárd évvel ezelőtt, amikor állítólag megtörtént az ősrobbanás.
Mint tudod, a test mozgásának felgyorsításához energiát kell átadnia. Az az erő, amely az univerzum gyorsabb tágulását okozza, sötét energia néven vált ismertté. Ez nem kevésbé titokzatos része a kozmosznak, mint a sötét anyag. Csak az ismert, hogy jellemzőegyenletes eloszlás az univerzumban, és hatása csak hatalmas kozmikus távolságokban regisztrálható.
És ismét a kozmológiai állandó
A sötét energia megrázta az ősrobbanás elméletét. A tudományos világ egy része szkeptikus egy ilyen anyag lehetőségét és az általa okozott tágulási gyorsulást illetően. Egyes asztrofizikusok megpróbálják feleleveníteni az elfeledett Einstein kozmológiai állandót, ami ismét a nagy tudományos hiba kategóriájából a munkahipotézisek számába kerülhet. Jelenléte az egyenletekben antigravitációt hoz létre, ami a tágulás felgyorsulásához vezet. A kozmológiai állandó jelenlétének egyes következményei azonban nem egyeznek a megfigyelési adatokkal.
Ma a sötét anyag és a sötét energia, amelyek a világegyetem anyagának nagy részét alkotják, rejtélyek a tudósok számára. A természetükkel kapcsolatos kérdésre nincs egységes válasz. Sőt, talán nem is ez az utolsó titok, amit az űr elhallgat előlünk. A sötét anyag és az energia olyan új felfedezések küszöbévé válhat, amelyek megváltoztathatják az Univerzum szerkezetének megértését.
