A matéria negra

Qual é a matéria escura?

Em astrofísica, a matéria escura (ou matéria negra) referem-se ao material aparentemente indetectável. Várias hipóteses têm sido exploradas e da composição do gás de matéria escura molecular hipotéticas, estrelas mortas, as anãs castanhas em grande número, os buracos negros, etc.
Em vários tipos de objetos astronômicos (estrelas, galaxias), movimentos gravitacionais observados são diferentes dos esperados em teoria. Quando se tenta deduzir os movimentos da ação gravitacional, as massas observadas: é como se uma densidade de massa invisível estava presente. Ninguém se atreve, para o momento, desafiar as leis da gravidade, então o que este matéria teórica é feito?
É que a matéria escura existe, realmente?

A matéria escura não é negro, mas invisível.
Observações (ou melhor, a falta de observações diretas) implicam uma vez não-bariônica e, portanto, ainda desconhecido.
A matéria escura é ainda mais abundante que a matéria bariônica A baryon é em física de partículas, uma classe de partículas, cujos representantes mais conhecidos são os prótons e nêutrons. O "baryon"é derivado do barys grega que significa "pesado" e refere-se ao fato de que os bárions são geralmente mais pesados do que outros tipos de partículas. .
A cosmologia nos diz que a composição do universo é composto de 73% de energia escura e 27% de matéria distribuída da seguinte forma (23% de matéria não-bariônica e 4% da matéria bariônica).

Imagem: Sloan Digital Sky Survey Team, NASA, NSF, DOE

Será que a matéria negra existe?

Um dos grandes problemas da astrofísica moderna é que podemos ignorar a natureza essencial da matéria no universo. A matéria luminosa, o único que vemos diretamente, parece representar menos de um décimo da massa do universo. A matéria escura, ou matéria escura, ou falta de massa refere-se ao material que não emite luz, no sentido eletromagnético, que vai desde as ondas de rádio aos raios gama.
Esta luz é a nossa única fonte de informação.
No entanto, os astrônomos concordam que entre 90% e 96% de matéria no Universo não emite luz. No entanto, o sistema solar nos mostra que a maioria da massa do Sol está em (99%), os planetas não-luminosos representam apenas 1% da massa. Por outro lado, o estudo da luz recebida das estrelas indica que há, poeira, que absorve parte da luz re-emitting visíveis no infravermelho, e hidrogênio neutro irradia ondas de rádio ou de hidrogênio ionizado emite no ultravioleta e raios-X Mas essa questão, porque a luz é visto, mais uma vez a sua distribuição não é diferente daquela encontrada em estrelas como o Sol. Então, por que, em uma série de objetos astronômicos, os movimentos são diferentes daquelas esperadas na teoria?
Quando se tenta calcular, de acordo com o efeito gravitacional das massas, vemos que tudo se passa como se uma densidade de massa invisível estava presente.

Parece que "claro" que o universo observável contém mais matéria do que o que vemos. A matéria escura existe ou existe outra explicação para esta aberração?
No início do século 19 é o último planeta conhecido de Urano, o movimento calculado para Urano não corresponde ao observado.
Em 1845, os astrônomos Adams e Le Verrier teve a mesma idéia para resolver este enigma. Eles imaginam que a perturbação é devido a um novo planeta situado além de Urano e calcular a posição que deve ocupar. Um telescópio é, então, apontou para a posição prevista e em 1846 o novo planeta é descoberto, é Netuno.
É o mesmo com relação a observação de aglomerados de galáxias mostram que eles também contêm uma grande quantidade de massa de outra forma, chamada matéria escura.
Com efeito, a observação detalhada de clusters mostra que eles também contêm uma grande quantidade de gás. Todas as medições concordam em indicar a massa total do conjunto é maior do que as galáxias e gás combinado. Parece que estes objetos contêm uma grande quantidade de massa de outra forma.

Imagem: imagem do aglomerado bala consiste de dois clusters vizinhos colidiram há cerca de 150 milhões de anos. Esta imagem mostra em vermelho a distribuição de matéria comum, correspondente à emissão de raios-X em azul e na distribuição da massa total correspondente ao efeito de lente gravitacional uma lente gravitacional, gravitacionais ou Mirage é um objeto muito grande (uma instância de cluster de galáxias), que se situa entre um observador e uma fonte de luz distante. A lente gravitacional imprime uma forte curvatura no espaço-tempo, que tem o efeito de desviar os raios de luz que passam perto dele, o que desvirtua as imagens recebidas pelo observador. . odemos distinguir claramente a onda de choque no gás, após a colisão entre dois aglomerados, e seu atraso em relação à matéria escura contidos em cada cluster, o que não parece ter sido afetado pela colisão.

Quantidade de matéria escura

Os aglomerados de galáxias são objetos de escolha para estudar o problema da matéria escura, porque nós podemos estudar a sua distribuição em massa por vários métodos independentes (o movimento de suas galáxias, as propriedades do gás quente que eles contêm, o fenômeno lentes gravitacionais que são observados, o rompimento da radiação cósmica de fundo que geram, a modelagem de sua formação pelo colapso gravitacional). Diferentes hipóteses foram feitas sobre a composição do gás de matéria escura molecular hipotéticas, estrelas mortas, as anãs castanhas em grande número, os buracos negros, etc...
No entanto, a falta de observação direta implicaria uma vez não-bariônica, ainda desconhecido.
A cosmologia nos diz que a composição do universo é composto de 73% de energia escura e 27% de matéria distribuída da seguinte forma (23% de matéria não-bariônica e 4% da matéria bariônica A baryon é em física de partículas, uma classe de partículas, cujos representantes mais conhecidos são os prótons e nêutrons. O "baryon"é derivado do barys grega que significa "pesado" e refere-se ao fato de que os bárions são geralmente mais pesados do que outros tipos de partículas. ).
O estudo dos aglomerados de galáxias indica que 90% da sua massa é invisível e no estudo de galáxias indica que a grande maioria da sua massa é invisível. A observação de aglomerados de galáxias podem mostrar que a matéria escura é distribuída em uma questão menos concentrada, mais ampla, do que ordinárias.

As simulações numéricas sobre as propriedades do início do universo, pode encontrar a distribuição de matéria escura em torno de aglomerados de galáxias.
Na verdade, essas simulações indicam que, em pequenas escalas, a matéria escura que tendem a formar grumos, com massas que variam de indivíduo que na Terra para que de uma galáxia.
A matéria escura é uma panqueca clusters abrangente de galáxias, contendo uma infinidade de pequenos grumos. Ben Moore desenvolveu fazendas computador dedicado a este tipo de problema (esta imagem exigiu seis meses de cálculo).

Imagem: Os resultados de simulações realizados por Ben Moore. A imagem mostra uma visão geral da distribuição de matéria escura em uma fatia do universo de 10 000 anos-luz atrás. As duas lentes zoom representar esta região por 100 anos-luz, respectivamente, em seguida, um ano luz.

Natureza da matéria escura

Duas grandes teorias concorrentes sobre a natureza da matéria escura.
Hot matéria escura e matéria escura fria.
Essas teorias são baseadas na massa das partículas que compõem a matéria escura ea velocidade. No caso da matéria escura "quente" partículas têm velocidades próximas à da luz, enquanto a matéria escura que compõem um "frio", seria mais pesada e, portanto, mais lento. A velocidade dessas partículas ocorre no fim da formação de grandes estruturas no Universo.
Se o Universo era dominado pela matéria escura quente, as partículas de altíssima velocidade na Constituição impede que um primeiro passo para a formação de uma estrutura menor do que o superaglomerado de galáxias, que então se divide em aglomerados de galáxias, em seguida, galáxias, etc. Este é o cenário chamado de "cima para baixo", uma vez que as maiores estruturas primeira forma, em seguida, dividir.
O melhor candidato para ser a matéria escura quente é o neutrino. No entanto, se a matéria escura fria dominado Universo, as partículas vão viajar uma distância menor e, portanto, eliminar as flutuações de densidade em áreas menores do que no caso da matéria escura quente.

A matéria ordinária, então, se juntam para formar as primeiras galáxias (de nuvens de gás), que se reunirá em aglomerados e superaglomerados.
Este é o cenário chamado de "baixo para cima".
Ambas as teorias foram defendidas por Yakov Borisovich Zel'dovich para a matéria escura quente, e James Peebles para a matéria escura fria. Atualmente, o modelo de matéria escura fria que parece prevalecer. Na verdade, as galáxias estão em equilíbrio dinâmico, o que sugere que eles foram formados antes do cluster ao qual leva mais tempo para alcançar esse equilíbrio. Entretanto, as teorias estão introduzindo agora uma questão quente pouco escuro.
É necessário explicar a formação de clusters; matéria fria sozinho não pode pagá-lo em um tempo tão curto.

Imagem: florestais Lyman alfa obtidos por simulação numérica, em uma área de 30 milhões de anos-luz atrás. É possível detectar grandes nuvens de hidrogênio primordial, graças às suas propriedades de absorção. Observamos um desvio para o vermelho de um fator que depende da distância. Isto permite-lhe ver, através das linhas de absorção de nuvens, como a matéria é distribuída no Universo.

A matéria escura permanece segreda

A teoria do Big Bang para calcular o número de bárions A bárion é em física de partículas, uma categoria de partículas, cujo mais conhecido representantes são o próton eo o nêutron. O "bárion" é derivado do barys grega que significa "pesado" E ele se refere ao fato de que os bárions são geralmente mais pesados do que outros tipos de partículas.  no Universo (átomos de hidrogênio e hélio-4), formado durante a nucleossíntese primordial.
Os astrofísicos calcularam a taxa de matéria bariônica que seriam cerca de 4% da densidade crítica. Agora, para explicar a geometria plana do universo, a matéria total do universo deve representar 30% da densidade crítica (os restantes 70%, sendo a energia escura).
É, portanto, carece de 26% da densidade crítica de matéria bariônica e, portanto, como não foram incorporadas por outras partículas que bárions. Muitos outros índices convergem para indicar que o universo contém uma grande quantidade de material em um não-luminosos. Além disso, o modelo do Big Bang está em excelente concordância com as observações, desde que o Universo contém cerca de 30% de matéria escura e cerca de 70% da energia escura.
No entanto, os astrônomos cada vez mais acredito que a matéria escura não existe e ao invés de tentar explicar as anomalias pela matéria despercebidos ou não observáveis, eles disseram que seria mais sensato rever as leis físicas que constituem o modelo padrão, e que estejam de alguma forma contestada por outros problemas mais fundamentais. Desta forma, seria possível resolver vários problemas ao mesmo tempo sem fazer novas suposições.

Alguns físicos estão se voltando para o exemplo da teoria das cordas. A teoria das cordas acrescenta seis novas dimensões para os habituais quatro (três dimensões de espaço e tempo) e colocar a matéria escura nestas novas dimensões que são inacessíveis a nós. As forças electromagnética e nuclear forte e fraca seria confinado a nossas quatro dimensões e não podia sair. No entanto, a gravidade poderia ser dispersa em outras dimensões e, portanto, diminuição na intensidade em relação a outras forças.
Podemos ver que é difícil dar uma visão coerente do finito e da matéria escura, porque o assunto ainda está crescendo. Como de costume em astrofísica, há mais perguntas do que respostas, finalmente.
Se nós podemos ter uma imagem clara da matéria escura, que não levante o mistério. Este novo componente do nosso Universo, vai certamente detectar por outros meios, num futuro próximo.
Se ela não consegue explicar muitas observações astrofísicas, porque tudo isto é um teste de teorias atuais estão incompletos.
Talvez estejamos no caminho errado eo mundo científico está esperando por um novo olhar sobre o Universo nonbaryonic faltando, ou seja, não atômica.

Imagem: As dimensões das partículas.