Ano ang Dark Matter? | Space


Halos 80% ng masa ng sansinukob ay binubuo ng materyal na hindi maaaring tuwirang obserbahan ng mga siyentipiko. Kilala bilang madilim na bagay, ang kakaibang sangkap na ito ay hindi naglalabas ng liwanag o enerhiya. Kaya bakit iniisip ng mga siyentipiko na dominado ito?

Dahil hindi bababa sa mga 1920s, hypothesized ang mga astronomo na ang uniberso ay naglalaman ng higit na bagay kaysa sa nakikita ng mga mata. Suporta para sa madilim na bagay ay lumago mula noon, at bagaman walang matatag na direktang katibayan ng madilim na bagay na napansin, nagkaroon ng malakas na posibilidad sa mga nakaraang taon.

"Ang mga galaw ng mga bituin ay nagsasabi sa iyo kung magkano ang bagay na iyon," sabi ni Pieter van Dokkum, isang mananaliksik sa Yale University, sa isang pahayag. "Wala silang pakialam kung anong form ang bagay na ito, sasabihin lang nila sa iyo na naroroon din ito." Pinangunahan ni Van Dokkum ang isang pangkat na nakilala ang kalawakan Dragonfly 44, na halos binubuo ng madilim na bagay.[GalleryngLarawan:[ImageGallery:Madilim na bagay sa buong Universe]

Ang pamilyar na materyal ng sansinukob, na kilala bilang baryonic matter, ay binubuo ng mga proton, neutron at mga elektron. Ang madilim na bagay ay maaaring gawin ng baryonic o non-baryonic matter. Upang hawakan ang mga elemento ng uniberso na magkasama, ang madilim na bagay ay dapat bumubuo ng humigit-kumulang 80% na porsyento ng uniberso. Ang nawawalang bagay ay maaaring maging mas mahirap na tuklasin, na binubuo ng regular, baryonic matter.

Ang mga potensyal na kandidato ay kinabibilangan ng madilim na mga brown dwarf, white dwarf at neutrino star. Supermassive itim na butas ay maaari ding maging bahagi ng pagkakaiba. Ngunit ang mga bagay na ito ay kailangang maglaro ng isang higit na nangingibabaw na papel kaysa sa mga siyentipiko na nakapagsunod na bumubuo sa nawawalang masa, habang ang ibang mga elemento ay nagpapahiwatig na ang madilim na bagay ay mas kakaiba.

Iniisip ng karamihan sa mga siyentipiko na ang madilim na bagay ay binubuo ng di-baryonic matter. Ang nangunguna na kandidato, WIMPS (mahina nakikipag-ugnayan sa napakalaking particle), may sampung sa isang daang beses ang masa ng isang proton, ngunit ang kanilang mahina na pakikipag-ugnayan sa "normal" na bagay ay nagpapahirap sa kanila na makita. Ang mga neutralino, napakalaking hypothetical na mga particle na mas mabigat at mas mabagal kaysa neutrino, ang pinakapanguna na kandidato, bagaman hindi pa nila nakita.

Ang mga sterile neutrino ay isa pang kandidato. Neutrinos ang mga particle na hindi binubuo ng regular na bagay. Ang ilog ng mga neutrino ay dumadaloy mula sa araw, ngunit dahil bihira silang nakikipag-ugnayan sa normal na bagay, dumaan sila sa Earth at sa mga naninirahan nito. Mayroong tatlong kilalang uri ng neutrinos; isang ikaapat, ang sterile neutrino, ay iminungkahi bilang isang madilim na bagay na kandidato. Ang sterile neutrino ay nakikipag-ugnayan lamang sa regular na bagay sa pamamagitan ng gravity.

Ang madilim na bagay ay lilitaw na kumalat sa buong kosmos sa isang pattern na tulad ng network, na may mga kumpol ng kalawakan na bumubuo sa mga node kung saan ang mga fibre ay bumalandra. Sa pamamagitan ng pagpapatunay na ang gravity ay kumikilos pareho sa loob at labas ng ating sistema ng solar, ang mga mananaliksik ay nagbibigay ng karagdagang katibayan para sa pagkakaroon ng madilim na bagay at madilim na enerhiya.

Ang madilim na bagay ay lilitaw na kumalat sa buong kosmos sa isang pattern na tulad ng network, na may mga kumpol ng kalawakan na bumubuo sa mga node kung saan ang mga fibre ay bumalandra. Sa pamamagitan ng pagpapatunay na ang gravity ay kumikilos pareho sa loob at labas ng ating sistema ng solar, ang mga mananaliksik ay nagbibigay ng karagdagang katibayan para sa pagkakaroon ng madilim na bagay at madilim na enerhiya.

(Credit ng imahe: WGBH)

"Ang isa sa mga natitirang tanong ay kung mayroong isang pattern sa mga fractions na pumupunta sa bawat species neutrino," Tyce DeYoung, isang associate propesor ng physics at astronomy sa Michigan State University at isang collaborator sa Eksperimento ng IceCube, Sinabi sa Space.com.

Ang mas maliit na neutral axion at ang mga walang bayad na mga photino – parehong mga panteorya na particle – ay mga potensyal din na mga placeholder para sa madilim na bagay.

Ayon sa isang pahayag sa pamamagitan ng Gran Sasso National Laboratory sa Italya (LNGS), "Ang ilang mga pang-astronomya na sukat ay pinatutunayan ang pagkakaroon ng madilim na bagay, na humahantong sa isang buong mundo na pagsisikap upang obserbahan direkta ang madilim na bagay na pakikipag-ugnayan ng maliit na butil sa ordinaryong bagay sa lubhang sensitibong mga detektor, na kumpirmahin nito ang pagkakaroon at pagbibigay ng liwanag sa mga ari-arian nito. Gayunpaman, ang mga pakikipag-ugnayan na ito ay napakahina na nakatanan sila ng direktang pagtuklas hanggang sa puntong ito, na pinipilit ang mga siyentipiko na bumuo ng mga detektor na mas sensitibo. "

O, marahil ang mga batas ng grabidad na matagumpay na inilarawan ang inilarawan sa paggalaw ng mga bagay sa loob ng solar system ay nangangailangan ng rebisyon.

Ang mga guhit na ito, na kinuha mula sa mga simulain ng computer, ay nagpapakita ng isang kawan ng mga madilim na bagay sa paligid ng ating Milky Way na kalawakan. Ang larawan na inilabas noong Hulyo 10, 2012.

(Credit ng imahe: J. Tumlinson (STScI))

Paano natin nalalaman ang madilim na bagay?

Kung ang mga siyentipiko ay hindi makakakita ng madilim na bagay, paano nila nalalaman na ito ay umiiral?

Kinakalkula ng mga siyentipiko ang masa ng malalaking bagay sa espasyo sa pamamagitan ng pag-aaral ng kanilang paggalaw. Astronomo pagsusuri ng spiral galaxies sa 1970s inaasahan na makita ang materyal sa gitna ng paglipat ng mas mabilis kaysa sa panlabas na mga gilid. Sa halip, natagpuan nila ang mga bituin sa parehong mga lokasyon na naglakbay sa parehong bilis, na nagpapahiwatig ng mga kalawakan na naglalaman ng mas maraming masa kaysa sa makikita. Ang mga pag-aaral ng gas sa loob ng mga elliptical na kalawakan ay nagpapahiwatig din ng pangangailangan para sa mas maraming masa kaysa sa nakitang mga nakikitang bagay. Ang mga kumpol ng mga kalawakan ay lilipad kung ang tanging mass na nilalaman nito ay nakikita sa maginoo na mga sukat sa astronomya.

Albert Einstein ay nagpakita na ang napakalaking mga bagay sa uniberso ay liko at papangitin ang liwanag, na nagpapahintulot sa kanila na magamit bilang mga lente. Sa pamamagitan ng pag-aaral kung paano ang liwanag ay nasira sa pamamagitan ng mga kumpol ng kalawakan, ang mga astronomo ay nakagawa ng isang mapa ng madilim na bagay sa uniberso.

Ang lahat ng mga pamamaraan ay nagbibigay ng isang malakas na indikasyon na ang karamihan sa mga bagay sa uniberso ay isang bagay na hindi pa nakikita.

Pananaliksik ng madilim na bagay

Bagaman ang madilim na bagay ay naiiba sa karaniwang bagay, mayroong maraming mga eksperimento na nagtatrabaho upang makita ang di-pangkaraniwang materyal.

Ang Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), isang sensitibong detektor ng maliit na butil sa International Space Station, ay nagpapatakbo mula noong pag-install nito noong 2011.

Sa ngayon, sinubaybayan ng AMS ang higit sa 100 bilyong cosmic ray hits sa mga detectors nito, ang AMS lead scientist na si Samuel Ting, isang Nobel sa Amerika sa Massachusetts Institute of Technology, Sinabi sa Space.com.

"Sinusukat namin ang sobrang positron [the antimatter counterpart to an electron], at ang labis na ito ay maaaring magmula sa madilim na bagay. Ngunit sa sandaling ito, kailangan pa namin ng karagdagang data upang tiyakin na ito ay mula sa madilim na bagay at hindi mula sa ilang mga kakaibang mga pinagmumulan ng astrophysics, "sabi ni Ting." Iyon ay nangangailangan sa amin na magpatakbo ng ilang higit pang mga taon. "

Bumalik sa Earth, sa ilalim ng isang bundok sa Italya, ang XENON1T ng LNGS ay pangangaso para sa mga palatandaan ng mga pakikipag-ugnayan pagkatapos ng mga WIMP na nagbanggaan sa mga atom ng xenon. Ang lab ay inilabas kamakailan sa unang mga resulta ng eksperimento.

"Ang isang bagong yugto sa lahi upang makita ang madilim na bagay na may ultra-low background massive detectors sa Earth ay nagsimula lamang sa XENON1T," wika ng tagapagsalita ng proyekto na Elena Aprile, isang propesor sa Columbia University, sa isang pahayag. "Kami ay ipinagmamalaki na maging sa harap ng lahi na may ganitong kamangha-manghang detektor, ang una sa uri nito."

Ang Large Underground Xenon dark-matter experiment (LUX), na nakaupo sa isang minahan ng ginto sa South Dakota, ay din na namumuno para sa mga palatandaan ng WIMP at xenon na pakikipag-ugnayan. Ngunit sa ngayon, ang instrumento ay hindi nagsiwalat ng mahiwagang bagay.

"Kahit na ang isang positibong signal ay welcome, ang likas na katangian ay hindi napakabait!" Sinabi ni Cham Ghag, isang physicist sa University College London at kolaborator sa LUX, sa isang pahayag. "Gayunpaman, ang isang null resulta ay makabuluhang dahil binabago nito ang landscape ng patlang sa pamamagitan ng constraining modelo para sa kung ano ang madilim na bagay ay maaaring lampas sa anumang bagay na umiiral dati."

Sa paglalarawan ng artist na ito, batay sa isang tunay na imahe ng lab na IceCube sa South Pole, ang isang malalapit na pinagkukunan ay nagpapalabas ng neutrino na napapansin sa ilalim ng yelo ng mga sensor ng IceCube.

Sa paglalarawan ng artist na ito, batay sa isang tunay na imahe ng lab na IceCube sa South Pole, ang isang malalapit na pinagkukunan ay nagpapalabas ng neutrino na napapansin sa ilalim ng yelo ng mga sensor ng IceCube.

(Credit ng imahe: IceCube / NSF)

IceCube Neutrino Observatory, isang eksperimento na inilibing sa ilalim ng yelo ng Antarctica, ay pangangaso para sa sterile neutrino. Ang mga sterile neutrinos ay nakikipag-ugnayan lamang sa regular na bagay sa pamamagitan ng gravity, na ginagawa itong isang malakas na kandidato para sa madilim na bagay.

Ang iba pang mga instrumento ay pangangaso para sa mga epekto ng madilim na bagay. Ang European Space Agency Planck spacecraft ay nagtatayo ng isang mapa ng sansinukob mula noong ito ay inilunsad noong 2009. Sa pamamagitan ng pagmamasid kung paano nakikipag-ugnayan ang masa ng uniberso, puwedeng imbestigahan ng spacecraft ang parehong madilim na bagay at kasosyo nito, madilim na enerhiya.

Noong 2014, ang NASA's Fermi Gamma-ray Space Telescope gumawa ng mga mapa ng puso ng Milky Way sa gamma-ray light, na nagpapakita ng labis na paglabas ng gamma-ray mula sa pangunahing nito.

"Ang senyas na nakita namin ay hindi maipaliwanag sa pamamagitan ng mga kasalukuyang iminungkahing alternatibo at malapit na ang kasunduan sa mga hula ng napaka-simple na mga modelo ng madilim na bagay," ang may-akda na si Dan Hooper, isang astrophysicist sa Fermilab sa Illinois, Sinabi sa Space.com.

Ang labis ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng mga annihilations ng dark matter particle na may isang mass sa pagitan ng 31 at 40 bilyong elektron volts, sinabi ng mga mananaliksik. Ang resulta ay hindi sapat upang ituring na isang paninigarilyo para sa madilim na bagay. Karagdagang data mula sa iba pang mga obserbasyon ng mga proyekto o mga eksperimento para sa direktang pagtuklas ay kinakailangan upang patunayan ang interpretasyon.

Ang mga astronomo ay higit na nalalaman tungkol sa kung ano ang madilim na bagay ay hindi sa kung ano talaga ito. Tingnan kung ano ang nalalaman ng mga siyentipiko tungkol sa madilim na bagay sa infographic na Space.com na ito.

Ang mga astronomo ay higit na nalalaman tungkol sa kung ano ang madilim na bagay ay hindi sa kung ano talaga ito.

(Credit ng imahe: Karl Tate, Artiste ng Infographics sa Space.com)

Madilim na bagay kumpara sa madilim na enerhiya

Kahit na ang madilim na bagay ay bumubuo ng karamihan sa bagay ng uniberso, ito ay binubuo lamang ng halos isang-kapat ng kabuuang komposisyon ng sansinukob. Ang lakas ng uniberso ay pinangungunahan ng madilim na enerhiya.

Pagkatapos ng Big Bang, sinimulan ng uniberso na palawakin ang panlabas. Napag-isipan ng mga siyentipiko na sa wakas ay mauubusan ng enerhiya, ang pag-aalinlangan habang ang grabidad ay nakuha ang mga bagay sa loob nito nang sama-sama. Ngunit ang mga pag-aaral ng malayong supernovae ay nagpahayag na ang uniberso ngayon ay lumalaki nang mas mabilis kaysa sa nakaraan, hindi mas mabagal, na nagpapahiwatig na ang paglawak ay pinabilis. Ito ay posible lamang kung ang sansinukob ay naglalaman ng sapat na lakas upang madaig ang grabidad – madilim na enerhiya.

Mga karagdagang mapagkukunan:

Ang artikulong ito ay na-update noong Hulyo 16, 2019 sa pamamagitan ng Nag-ambag sa Space.com na Tim Childers.