Hvad er universet lavet af?

Forestil dig, at du vil bestemme massen af ​​et hus og dets indhold. Du henter huset og sætter det i en kæmpe skala. Lad os sige, for argumentets skyld, du måler massen til at være 100, 000 pund (45, 359 kg). Forestil dig nu, at du vil se, hvad hvert element i huset bidrager til den samlede masse. Du fjerner et element ad gangen og placerer det på skalaen. Du eliminerer endda al luften for at få et mål for dens masse. Lad os nu sige massen af ​​de enkelte objekter, herunder gulvet, husets vægge og tag, tilføjer op til 5, 000 pund (2, 268 kg). Hvad ville du synes? Hvordan ville du redegøre for uoverensstemmelsen i masser? Vil du slutte, at der skal være noget uset materiale i huset, der gør strukturen tungere?

I de sidste 40 år har dette er præcis det dilemma, som astronomer har stået over for, da de har forsøgt at bestemme universets byggesten. Før da, de troede, at universet indeholdt normalt stof - de ting, du kan se. Scan på tværs af kosmos, og den slags virker indlysende. Der er milliarder af galakser, hver fyldt med milliarder af stjerner. Omkring nogle af disse stjerner, planeter og deres måner sporer elliptiske baner. Og imellem de store, sfæriske legemer ligger uregelmæssigt formede genstande, spænder i størrelse fra enorme asteroider til meteoroider i sten til små partikler, der ikke er større end et støvkorn. Astronomer klassificerer alt dette som baryonisk stof , og de (og vi) kender dens mest grundlæggende enhed som atom , som selv er sammensat af endnu mindre subatomære partikler, såsom protoner, neutroner og elektroner. (For enkelthedens skyld, vi lader leptonerne og kvarkerne være ude af det.)

Fra 1970'erne, astronomer begyndte at indsamle beviser, der fik dem til at mistanke om, at der var mere i universet, end man kan se. Et af de største spor kom, da forskere forsøgte at bestemme masserne af galakser. De gjorde dette ved at måle accelerationen af ​​skyer, der kredsede om de ydre kanter af en galakse, hvilket gjorde dem i stand til at beregne den masse, der kræves for at forårsage denne acceleration. Det, de fandt, var overraskende:Massen bag orbitale acceleration af en galakses skyer var fem gange større end massen af ​​de ting, du kunne se - stjerner og gas - spredte sig over galaksen. De konkluderede, at der skal være noget usynligt materiale omkring en galakse og holde den sammen. De kaldte dette materiale mørkt stof , låne et begreb, der først blev brugt af den schweiziske astronom Fritz Zwicky i 1930'erne.

Tyve år senere, forskere lagde mærke til det type Ia supernovaer - døende stjerner, der alle har samme iboende lysstyrke- var længere væk fra vores galakse, end de burde have været. For at forklare denne observation, de foreslog, at udvidelsen af ​​universet faktisk accelererer, eller fremskynder. Dette var forvirrende, fordi tyngdekraften iboende i mørkt stof burde have været stærk nok til at forhindre en sådan ekspansion. Var noget andet materiale, noget med en antigravity -effekt, forårsager universets hurtige ekspansion? Astronomerne troede det, og de kaldte dette materiale mørk energi .

I et årti, kosmologer og teoretiske fysikere diskuterede eksistensen af ​​mørkt stof og mørk energi. Derefter, i juni 2001, NASA lancerede Wilkinson mikrobølge anisotropi probe , eller WMAP . Instrumenterne på dette håndværk tog det mest detaljerede billede nogensinde af den kosmiske mikrobølge baggrund - den langvarige stråling, der er tilovers fra Big Bang. Dette gjorde det muligt for astronomer at måle, med stor nøjagtighed, universets densitet og sammensætning. Her er hvad WMAP bestemte:Baryonisk stof udgør sølle 4,6 procent af universet. Mørkt stof tegner sig for kun 23 procent. Og mørk energi udgør resten - hele 72 procent [kilde:NASA/WMAP]!

Selvfølgelig, måling af de relative proportioner af universets byggesten er kun begyndelsen. Nu håber forskere at identificere sandsynlige kandidater til mørkt stof. De betragter brune dværge som en sandsynlig kandidat. Disse stjernelignende objekter er ikke lysende, men deres intense tyngdekraft, som påvirker genstande i nærheden, giver spor om deres eksistens og placering. Supermassive sorte huller kunne også stå for det mørke stof i universet. Astronomer spekulerer i, at disse kosmiske synkehuller kan drive fjernt kvasarer og kan være mere langt mere rigelige end nogensinde forestillet. Endelig, mørkt stof kan bestå af en type partikel, der endnu ikke er beskrevet. Disse små stykker stof kunne eksistere et sted dybt inde i et atom og kan identificeres i en af ​​verdens superkolliderer, såsom Large Hadron Collider.

At løse dette mysterium er fortsat en af ​​videnskabens højeste prioriteter. Indtil den løsning kommer, vi må leve med den ydmyge idé om, at det hus, vi har forsøgt at veje i årevis, er tungere, end vi havde forventet, og, mere bekymrende, ud over vores forståelse.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Sådan fungerer Big Bang -teorien
• Kan forskere genskabe big bang?
• Sådan fungerer Dark Matter
• Sådan fungerer sorte huller
• Sådan fungerer særlig relativitet
• Sådan fungerer stjerner

Kilder

• Engelbert, Phillis og Diane L. Dupuis. Handy Space Answer Book. Synlig blækpresse. 1998.
• European Space Agency. "Hvad er universet lavet af?" Rumvidenskab:Ekstremt rum. 16. december kl. 2003. (23. september, 2010) http://www.esa.int/esaSC/SEMTQO274OD_extreme_0.html
• Greene, Brian. "Hvad er universet lavet af?" WIRED. Februar 2007. (23. september, 2010) http://www.wired.com/wired/archive/15.02/bigquestions.html?pg=3#universe
• Hinshaw, Gary F. "Hvad er universet lavet af?" WMAPs Universe. 16. april kl. 2010. (23. september, 2010) http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_matter.html
• NASA. "Bevis for mørkt stof." Chandra Field Guide to X-ray Astronomy:Dark Matter Mystery. (23. september, 2010) http://chandra.harvard.edu/xray_astro/dark_matter/index2.html
• Siefe, Charles. "Hvad er universet lavet af?" Videnskab. Vol. 309, 1. juli kl. 2005. (23. september, 2010) http://www.sciencemag.org/cgi/reprint/sci;309/5731/78b.pdf