Tamsioji materija

TURINYS

Įvadas 3
Masė ir svoris 4
Galaktikų masių nustatymas 5
Doplerio Poslinkis 5
Sukamasis Greitis 6
Šviesos matymas 6
Tamsioji Materija 7
Didžkiai 7
Rudieji nykštukai 7
Juodosios skylės 8
Didžkių aptikimas 12
Paieškos su Hablu 12
Gravitaciniai lęšiai 12
Besisukančios žvaigždės 13
Mažyliai 14
Mažylių aptikimas 14
Tamsioji materija ir visata 15
Didysis Sprogimas 15
Susitelkimas 16
Uždara, atvira, lygi 16
Išvados 17
Literatūros sąrašas 18Įvadas
Kosmologija – mokslas apie visatos pradžią, formavimąsi ir evoliuciją – šiuo metu yra labai painioje būklėje. Mokslininkai, naudodami skirtingus metodus, kad apskaičiuotų galaktikų mases, rado tam tikrų neatitikimų, kurie rodo, kad daugiau nei 90 procentų visatos yra tokios formos materija, kurios mes negalime matyti. Taigi šiuo metu mokslininkai nežino, kas sudaro daugiau nei 90 procentų visatos. Tai, žinoma, yra gana nesmagi siituacija. Nors daug dalykų, kuriuos matome, mums jau tampa suprantami dėka didžiulių atradimų apie žvaigždžių susidarymą, galaktikų struktūrą. Taip pat supratome nuostabius reiškinius, tokius kaip supernova. Tačiau, atrodo, kad yra kitas visatos komponentas, kuris, greičiausiai, sudaro didžiąją dalį visatos masės, kurios mes negalime matyti ir vis dar visiškai nesuprantame.
Nuogirdos apie šią „Tamsiają Materiją“ plinta po įvairius populiarius mokslo straipsnius jau beveik visa amžių. Iš kur mes žinome, ar tai ištiktųjų yra? Kas tai yra ištiktųjų? Kas mums iš to, kad jii yra? Būtent į šiuos klausimus ir bandysiu atsakyti šiame savo darbe.Masė ir svoris
1933 metais astronomas Fritz Zwicky tyrinėjo tolimų galaktikų judėjimą. Zwickis apskaičiavo bendrą galaktikų grupės masę, matuodamas jų šviesumą. Kai jis pabandė apskaičiuoti tos pačios galaktikų grupės masę kitokiu metodu, ji

is gavo 400 kartų didesnį skaičių nei prieš tai. Šis apskaičiuotų masių neatitikimas taip pat vadinamas „trūkstamos masės problema“. Niekas perdaug nekreipė dėmesio į Zwickio atradimą iki 1970m., kai mokslininkai pradėjo suvokti, kad tik dideli nežinomos masės kiekiai galėtų paaiškinti daugelį jų stebėjimų. Mokslininkai taip pat suprato, kad nematomos masės egzistavimas paremtų tam tikras idėjas apie visatos struktūrą. Šiandien mokslininkai ieško paslaptingos tamsiosios materijos ne tik tam, kad paaiškintų gravitacinius galaktikų judėjimus, bet ir tam, kad patvirtintų dabartines teorijas apie visatos kilmę ir likimą.
Kas būtent yra masė ir svoris? Dauguma žmonių pasakytų, kad masė yra tai, kiek tu sveri. Tačiau mokslininkams masė ir svoris yra skirtingi dalykai. Masė yra materijos kiekio matas, t.y. kiek medžiagos kažkur yra. Tačiau svoris yra gravitacijos poveikis taai medžiagai. Svoris priklauso nuo masės. Kuo didesnė tavo masė, tuo labiau tave traukia gravitacija, ir tuo daugiau tu sveri. Kai astronautas skraido kosmose, jis nieko nesveria, tačiau jis vis dar turi kūną, vadinasi ir masę.
Mokslininkai nustatė kad nuo 90 iki 99 procentų visatos masės yra trūkstama materija. Iš tikrųjų terminas „trūkstama materija“ gali klaidinti – trūksta ne materijos, o šviesos. Mokslininkai žino, kad trūkstama materija egzistuoja, tačiau jie jos negali matyti. Vašingtono Universiteto Astronomijos departamento pirmininkas Briusas H. Margonas „New York Times“ pa
asakė: „Mes esame tikrai nesmagioje situacijoje, pripažindami, kad negalime rasti 90 procentų visatos“. Ši problema verčia mokslininkus peštis, ieškant rasti, kur ir kas yra tamsioji materija. „Kas tai yra, yra bet kieno spėjimas,“ – prideda Dr. Margonas. „Motina gamta stipriai juokiasi. Ji paslėpė visatoje didžiąją materijos dalį, ir paslėpė ją tokioje formoje, kurios mes nematome.“Galaktikų masių nustatymas
Kaip mes apskaičiuojame visatos masę? Jei visatos ribos nežinomos (jei tokios yra), tai tikroji visatos masė irgi nežinoma. Tačiau mokslininkai šneka apie trūkstamą visatos masę procentais, o ne konkrečiais skaičiais. Kadangi didžioji materijos, kurią mes matome, dalis visatoje yra susispietusi į galaktikas, tai bendra galaktikų masė turėtų būti geras visatos masės rodiklis. Nors neįmanoma sudėti begalinio galaktikų skaičiaus, mokslininkai gali numanyti procentinį trūkstamos visatos masės skaičių iš trūkstamos masės apskaičiavimų galaktikose bei jų spiečiuose. Ir dėl to, kad mokslininkai naudoja skirtingus metodus, kad apskaičiuotų galaktikų mases, jie gali atrasti masę kurios nemato.Doplerio Poslinkis
Vienas iš metodų kurį mokslininkai naudoja nustatyti galaktikų judėjimui yra Doplerio Poslinkis. Doplerio poslinkio efektas buvo atrastas Kristiano Doplerio 1842m., kai jis pastebėjo, kad garso bangos juda panašiai kaip bangos vandenyno paviršiuje. Jis taip pat pastebėjo, kad kai garso šaltinis juda, garso aukštis pasikeičia, priklausomai nuo to, ar šaltinis juda tolyn, ar artyn prie klausytojo. Pa
avyzdžiui, traukinio garso signalas. Kai traukinys pralekia pro jus, signalo tonas nukrenta. Tai ir yra Doplerio Poslinkis. Kai traukinys artėja, garso bangos priešais jį suspaudžiamos dėl traukinio judėjimo. Kai traukinys tolsta, garso bangos išsitempia.

Doplerio poslinkis lygiai taip pat veikia ir su šviesa. Kai šviesos šaltinis juda artyn, šviesa tampa melsva (mėlynasis poslinkis). Kai šaltinis tolsta, šviesa tampa rausva (raudonasis poslinkis). Ir kuo greičiau kažkas juda, tuo labiau pasikeičia šviesa. Tačiau Doplerio Poslinkis šviesoje yra labai nežymus, ir plika akimi jo nepastebėsi. Mokslininkai naudoja specialų prietaisą – spektroskopą, kad išmatuotų doplerio poslinkį ir išsiaiškintų kaip greitai juda žvaigždės ir galaktikos.
Doplerio reiškinys. Registruojamo elektromagnetinių bangų dažnio arba bangos ilgio priklausomybė nuo šaltinio ir imtuvo tarpusavio judėjimo greičio. Jei šaltinis artėja prie imtuvo, bangų dažnis didėja, o bangos ilgis trumpėja (mėlynasis poslinkis). Jei šaltinis tolsta nuo imtuvo, tai bangų dažnis mažėja, o bangos ilgis didėja (raudonasis poslinkis). Jei šaltinio ir imtuvo tarpusavio greitis v, tai linijų poslinkis
z = ( – 0 ) / 0 = v/c ,
čia c yra šviesos greitis, 0 – nejudančio šaltinio bangos ilgis, – judančio šaltinio bangos ilgis.. Astronomijoje naudojamas dangaus objektų radialiniams greičiams matuoti.Sukamasis Greitis
Pasinaudodami Doplerio Poslinkiu, mokslininkai gali labai daug sužinoti apie galaktikų judėjimą. Jie žino, kad galaktikos sukasi, nes, žiūrint iš krašto, šviesa viename galaktikos gale yr

ra rausva, o kitame melsva. Vadinasi, vienas galaktikos galas tolsta nuo žemės, kitas artėja. Tai parodo, kad galaktika sukasi. Jie taip pat gali išsiaiškinti, kokiu greičiu galaktika sukasi, priklausomai nuo to, kaip stipriai sviesa yra pakitusi. Žinant, kokiu greičiu galaktika sukasi, matematiškai galima apskaičiuoti galaktikos masę.
Tačiau, pasižiūrėję įdėmiau į galaktikų sukimosi greičius, mokslininkai pamatė kaiką keisto. Pavienės žvaigždės galaktikoje turėtų elgtis kaip planetos mūsų saulės sistemoje – kuo toliau nuo centro, tuo lėčiau jos turėtų judėti. Tačiau Doplerio Poslinkis rodo, kad daugumoje galaktikų, žvaigždės, esančios toliau nuo centro, nesulėtėja. Ir negana to, žvaigždės juda tokiais greičiais, kad galaktiką turėtų suplėšyti į gabalus. Apskaičiuotos masės nepakanka, kad suteiktų gravitaciją, reikalingą išsilaikyti galaktikai.
Šie aukšti sukimosi greičiai rodo, kad galaktika turi daugiau masės negu buvo apskaičiuota. Mokslininkai numano, kad jei galaktiką suptų nematoma materija, galaktika galėtų likti stabili su tokiais aukštais sukimosi greičiais.Šviesos matymas
Kitas metodas, kuriuo astronomai apskaičiuoja galaktikos masę, yra tiesiog žiūrėjimas, kiek šviesos yra skleidžiama. Išmatuodami šviesos kiekį, kuris pasiekia žemę, mokslininkai gali įvertinti žvaigždžių kiekį galaktikoje. Žinodami žvaigždžių kiekį galaktikoje, mokslininkai gali matematiškai apskaičiuoti galaktikos masę.
F. Zwickis naudojo abu aprašytus metodus, kad apskaičiuotų galaktikų spiečiaus masę prieš daugiau nei pusę amžiaus. Palyginęs gautus duomenis, jis iškėlė į dienos šviesą trūkstančios masės problemą. Duomenys rodo, kad 10 procentų to, ką mes vadiname visata, yra tokios formos, kurią mes matome. Dabar mokslininkai stropiai ieško nesuprantamos tamsiosios materijos, kitų 90 visatos procentų.Tamsioji Materija
Ko mokslininkai tikisi, kai jie ieško tamsiosios materijos? Mes negalime jos pamatyti ar paliesti: ji yra numanoma. Tamsiosios materijos sritis gali būti nuo mažyčių subatominių dalelių, sveriančių 100000 kartų mažiau nei elektronas, iki juodųjų skylių, kurių masės milijonus kartų viršija saulės. Dvi pagrindinės kategorijos, kurios, mokslininkai mano, gali pretenduoti į juodąją materiją, buvo pavadintos MACHO (Massive Astrophysical Compact Halo Objects) ir WIMP (Weakly Interacting Massive Particles). Šiame tekste juos vadinsiu „didžkiais“ ir „mažyliais“. Nors šie pavadinimai skamba juokingai, tačiau jie padės prisiminti, kas yra kas. Didžkiai yra dideli, stiprūs tamsiosios materijos objektai, dydžiais svyruojantys nuo mažų žvaigždžių iki itin masyvių juodųjų skylių. Didžkiai yra sudaryti iš „įprastos“ materijos, kuri yra vadinama barionine materija. Kita vertus Mažyliai yra mažyčiai, silpni, subatominiai tamsiosios materijos kandidatai, kurie, manoma, susidaro iš „neįprastos“ materijos, vadinamos nebarionine materija. Astronomai ir dalelių fizikai nesutaria dėl to, kas jų manymu yra tamsioji materija. Astronomai ieško Didžkių, o dalelių fizikai ieško Mažylių. Kadangi Didžkiai yra per toli, o Mažyliai per maži kad juos pamatytume, astronomai ir dalelių fizikai sugalvojo būdų jų egzistavimui pagrįsti.Didžkiai
Didžkiai yra nešviečiantys objektai, kurie supa galaktikas. Visų pirma, Didžkiai, manoma, yra rudieji nykštukai ir juodosios skylės. Kaip ir daugelio astronominių objektų, jų egzistavimas buvo nuspėtas įvairių teorijų, daug seniau nei atsirado bet kokių įrodymų. Rudųjų nykštukų egzistavimą numatė teorijos, nusakančios žvaigždžių formavimąsi. Juodųjų skylių egzistavimą numatė Alberto Enšteino bendroji reliatyvumo teorija.Rudieji nykštukai
Rudieji nykštukai sudaryti iš vandenilio – kaip ir mūsų saulė, tačiau jie daug mažesni. Žvaigždės, tokios kaip mūsų saulė, susiformuoja, kai vandenilio masė dėl savo paties gravitacijos susispaudžia ir dėl labai aukšto spaudimo, kyla branduolinė reakcija, kuri spinduliuoja šviesą ir energiją. Rudieji nykštukai nėra normalios žvaigždės. Dėl jų palyginti nedidelės masės, rudieji nykštukai neturi pakankamai stiprios gravitacijos, kad įžiebtų branduolinę reakciją. Todėl juodieji nykštukai nėra „tikros“ žvaigždės, jie yra tiesiog vandenilio dujų sankaupa, kurią išlaiko jų pačių gravitacija. Rudieji nykštukai truputi spinduliuoja šilumą, ir skleidžia labai nedaug šviesos.Juodosios skylės
Juodosios skylės, netaip kaip rudieji nykštukai, turi didelį materijos perteklių. Visa ši materija, dėl savo neįtikėtinai stiprios gravitacijos, susispaudžia į palyginti labai nedidelį plotą. Juodoji skylė yra tokia tanki, kad betkas, kas perdaug prie jos priartėja, net ir šviesa, negali atsilaikyti prieš jos gravitacijos trauką. Žvaigždės, esančios saugiu atstumu nuo jos, gali skristi aplink ją, visai kaip planetos aplink saulę. Juodosios skylės neskleiždžia jokios šviesos, jos yra visiškai juodos.

paveikslėlis 1 juodoji skylė; Juodoji skylė siurbia iš kitos žvaigždės medžiagą į save

paveikslėlis 2 Akrecinis juodosios bedugnės diskas

Stiprus suspaudimas
Juodosios skylės atsiranda stipriai suspaudus materiją į mažą tūrį. Pagal bendrąją Einšteino reliatyvumo teoriją, tiek labai suspaustas kūnas iškreipia ir erdvę aplink save. Šio kūno aplinkoje gravitacinė jėga tampa tokia stipri, kad niekas, įskaitant ir šviesą, negali pabėgti nuo kūno. Jei saulę suspaustume iki trejų kilometrų diametro – ji taptų juodąja skyle, t.y. jos tūris turi sumažėti 4 milijonus kartų. Žemę reiktų suspausti iki devynių milimetrų, t.y. jos tūrį sumažinti apie milijardą kartų.
Todėl, kuo mažesnę juodąją skylę norime sukurti, tuo didesnę spaudimo jėgą reikia pridėti. Reikalingas suspaudimo tankis yra atvirkščiai proporcingas šakniai iš kūno masės. Saulės masės juodajai skylei tankis turi būti bent 1019 kg/m3, t.y. didesnis nei atomo branduolio tankis. Tai bene didžiausias tankis kurį gali sukurti dabartinėje visatoje gravitacinis kolapsas. Kūnai lengvesni už saulę atsispiria gravitacinei jėgai, nes stumiančios subatominių dalelių kvantinės jėgos neleidžia visam kūnui sukristi. Stebimos lengviausios kandidatės į juodasias skyles yra 6 kartus sunkesnės už saulę.
Tačiau žvaigždžių kolapsas nėra vienintelis būdas susiformuoti juodajai skylei.1970- aisiais metais Stephen W. Hawking ir Bernard J. Carr nagrinėjo skylių atsiradimą ankstyvoje visatoje. Šios juodosios skylės vadinamos „pirmapradėmis skylėmis“. Kai erdvė plečiasi, vidutinis materijos tankis krinta, todėl praeityje tankis buvo gerokai didesnis, ypač pirmosiomis sprogimo mikrosekundėmis, kai tankis viršijo branduolinį lygį. Žinomi fizikos dėsniai leidžia materijos tankiui būti iki taip vadinamos Planko ribos – 1097 kg/m3, t.y. tokio tankio, kad gravitacinė jėga tampa tokia stipri, kad kvantinės jėgos turi sugriauti laiko-erdvės ryšius. Tokio tankio užtektų, kad sukurti 10-35 m diametro (atstumas vadinamas Planko ilgiu) juodasias skyles, kurių masė būtų 10-8 kilogramo (dar vadinamo Planko mase).
Tai, pagal bendrai priimta gravitacijos teoriją, yra pati lengviausia galima juodoji skylė. Ji yra gerokai sunkesnė, bet kartu ir gerokai mažesnė už elementarias daleles. Sunkesnės pirmykštės juodosios skylės galėjo susiformuoti kai krito kosminis tankis. Kiekviena lengvesnė už 1012 kg juodoji skylė būtų mažesnė už protoną. Viršijanti šią masę juodoji skylė jau būtų panašesnė į šio pasaulio fizikinį objektą. Epochoje, kai kosminis tankis prilygo branduolio tankiui, formavosi saulės masei ekvivalenčios juodosios skylės, t.y. makroskopininės juodosios skylės.
Buvo, buvo ir nebėra
Suvokimas, kad juodosios skylės gali būti mažos, Hawking’ui pakišo mintį, kad čia gali žaisti ir kvantinės jėgos ir 1974 metais jis priėjo savo žymiausios išvados – juodosios skylės ne tik ryja, bet ir spinduliuoja materiją. Hawking’as nuspėjo, kad juodoji skylė spinduliuoja kaip karšta anglis ir jos temperatūra yra atvirkščiai proporcinga masei. Saulės masės juodosios skylės temperatūra būtų lygi milijoninei Kelvino daliai. Šiuolaikinei visatai tai yra visai nepastebimas dydis. Bet juodajosios skylės kurios masė 1012 kg, t.y. vidutinio kalno masės kūnas, tūrėtų 1012 Kelvinų, t.y. pakankamai karštas, kad spinduliuotu bemases daleles tokias kaip fotonus ir turinčias masę tokias kaip elektronus ir protonus.
Garuodamos juodosios skylės praranda savo masę, todėl juodosios skylės yra labai nestabilūs dariniai. Jai .besitraukiant ji pastoviai karštėja ir išspjauna vis energingesnes daleles ir traukiasi vis greičiau ir greičiau. Kai skylė susitraukia iki 106 kg masės, viskas – laikas baigėsi! Juodoji skylė sprogsta su milijoną megatoninių atominių bombų jėga. Bendras laikas skirtas juodajai skylei išgaruoti proporcingas jos pradinės masės kūbui. Saulės masės juodosios skylės amžius yra neįmanomai ilgas – 1064 metų. Juodajai skylei, kurios masė 1012 kg gyvavimo amžius yra 1010 metų, t.y. apytiksliai lygus mūsų visatos amžiui. Todėl visos pirmykštės juodosios skylės kaip tik šiuo metu baiginėja savo garavimą ir sproginėja. Visos mažesnės skėlės išnyko ankstesnėje kosmologinėje epochoje.
Hawking’so darbas turėjo labai didelės reikšmės, nes sujungė anksčiau atskirtas fizikos sritis: bendrąją realetyvumo teoriją, kvantinę teoriją ir termodinamiką. Tai buvo žingsnis link pilnos kvantinės gravitacijos teorijos. Net jei pirmykštės juodosios skylės niekada ir neegzistavo, mastymas apie jas praplėtė fizikos intuiciją. Taigi, kartais studijuojant ir neegzistuojančius dalykus galima praplėsti žinias.
Iš tikrųjų, atradimas atvėrė gilų paradoksą tiesiogiai susijusi su klausimu, kodėl bendra realetyvumo teorija ir kvantinė mechanika yra taip sunkiai sujungiamos teorijos.
Pagal reliatyvumo teoriją, informacija pakliuvusi į juodąją skylę yra visiem laikam prarandama. Jei juodoji skylė išgaruoja, kas gi atsitinka informacijai buvusiai viduje? Hawking’sas sako, kad juodajai skylei išgaravus visa informacija yra sunaikinama, nors tai ir laužo kvantinės mechanikos dėsnius. Informacijos sunaikinimas prieštarauja energijos tvermės dėsniui ir todėl šis scenarijus nelabai priimtinas.
Alternatyva, kad juodosios skylės palieka pėdsakus irgi nėra labai maloni. Šiems pėdsakams reikia užšifruoti visą informaciją papuolusią į juodąją skylę, todėl pėdsakai turi turėti begalinę įvairovę. Fizikos dėsniai sako, kad dalelės gaminimo tempas yra proporcingas šios dalelės tipų skaičiui. Todėl juodosios skylės pėdsakai būtų gaminami begaliniu greičiu. Ir net tokie kasdieniai procesai kaip mikrobanginės orkaitės įjungimas gamintų šiuos pėdsakus. Gamta būtų katastrofiškai nestabili. Trečia galimybė, kad dalelės gali įtakoti vieną kitą tik jei praeina laikas kiek užtruktų šviesa keliaudama tarp tų taškų irgi nelaiko kritikos. Ši mįslė dar ir šiom dienom persekioja teoretikus.

Skylių paieška
Visi fizikų spėjimai reikalauja eksperimentinio patvirtinimo, todėl iškėlus miniatiūrinių juodųjų skylių hipotezę prasidėjo empirinė jų paieška. Viena iš galimybių, tai aptikti pradines 1012 kg masės juodąsias skyles kaip tik šiuo metu besproginėjančias visatoje. Didžioji šių juodųjų skylių masė pavirstų į gama spindulius. 1976 m. Hawking’sas ir Don Page suprato, kad gama spindulių fono stebėjimai uždeda griežtą viršutinę ribą šių skylių skaičiui. Taip pat jos nesudaro reikšminės juodosios materijos dalies ir jų sprogimai kažin ar būtų pakankamai arti, kad būtų galima aptikti. 1990 metais David Cline pasiūlė kad trumpiausių gama bangų blyksniai gali reikšti pradinių juodųjų skylių išnykimą, o ilgesni gama spinduliai gali reikšti žvaigždžių sprogimą ar susijungimą. Yra ir kitų nuomonių, tačiau mintis, kad juodųjų skylių gyvenimo pabaigą galima astronomiškai stebėti yra viliojanti.
Juodųjų skylių gaminimas greitintuve yra dar labiau jaudinanti galimybė. Šioje srityje niekas nepralenke LHC ir Tevatrono. Šie greitintuvai įgreitina subatomines daleles (kad ir protonus) iki begalo artimo šviesai greičio. Dalelės turi nežmoniškai didelę kintetinę energiją. LHC greitintuve protonas pasieks septynių tera elektronvoltų (7 TeV) energiją. Pagal Einšteino įžymujį sąryšį išeina, kad ši energija ekvivalenti 10-23 kg masei, arba 7000 kartų didesnę už protono rimties būsenos masę. Kai tokios energijos dvi dalelės susiduria mažoje erdvėje, jų energija yra sukoncentruojama labai mažoje erdvės dalyje. Todėl galima spėti, kad kartais susidūrimai gali priversti susidaryti juodosioms skylėms.
Visgi šis. argumentas susiduria su problema. 10-23 kg masė yra tik labai maža dalis Planko ribos – 10-8 kg masės, kuri pagal priimtą gravitacijos teorija yra lengviausia galima juodoji skylė. Ši apatinis ribojimas atsiranda iš kvantinio neapibrėžtumo principo. Kadangi dalelės turi dar ir banginių savybių, tai jos yra išplaukusios erdvėje, kuri mažėja didėjant energijai ir prie LHC energijų pasiekia 10-19 m ribą. Tai yra pati mažiausia erdvė, į kurią galime sukišti dalelės energiją. Tokioj erdvėj mes galim pasiekti 1034 kg/m3 tankį. Tankis yra didelis, tačiau nepakankamas, kad pasiekti juodajai skylei susiformuoti reikalingą kritinį tankį. Kad dalelė būtų pakankamai energinga ir pakankamai suspausta kad taptų juodąja skyle, ji turi turėti Planko energiją, t.y. 1015 kartų didesnę energiją už LHC energiją. Nors greitintuvai ir gali sukurti objektus, matematiškai surištus su juodosiomis skylėmis (ir pagal kai kuriuos teoretikus tai jau padarė), tačiau juodosios skylės yra už pasiekiamumo ribų.Didžkių aptikimas
Didžkių aptikimas astronomams tapo tikru iššūkiu. Jie turi aptikti astronominiais atstumais nutolusius objektus, kurie beveik arba apskritai nespinduliuoja jokios šviesos. Tačiau užduotis vis lengvėja, kai astronomai sukuria vis tobulesnius teleskopus ir atranda naujas technologijas, kad aptiktų Didžkius.Paieškos su Hablu
Atsiradus Hablo teleskopui (Orbitinė observatorija su 2.4 m skersmens teleskopu, paleista 1990 į 600 km aukščio orbitą. Teleskopas gauna 0.1″ skiriamosios gebos CCD vaizdus įvairiuose spektro ruožuose, matuoja kosm. objektų spindesį įvairiais filtrais nuo 120 iki 1000 nm, gauna aukštos dispersijos spektrus ultraviolete. Kas keleri metai pilotuojami šatlai keičia šviesos imtuvus ir atlieka teleskopo remontą. Numatoma, kad HST dirbs ne mažiau 15 metų) , astronomai gali aptikti ruduosius nykštukus, mūsų pačių bei netolimose galaktikose. Tačiau Hablo teleskopo nuotraukos neatskleidė daugybės rudųjų nykštukų, kuriuos astronomai tikėjosi pamatyti. „Mes tikėjomės, kad Hablo nuotraukos bus tiesiog padengtos neryškiom raudonom žvaigždėm“, – sakė Frančeskas Paresce iš Džono Hopkinso universiteto, Kosminio Teleskopo Mokslo instituto. Tyrimo rezultatai nuviliantys – iš Hablo tyrimo apskaičiuota, kad rudieji nykštukai tesudaro 6% galaktikos materijos.

paveikslėlis 3 Hablo teleskopasGravitaciniai lęšiai
Ieškodami tamsiosios materijos, astronomai naudoja technologiją, vadinamą gravitaciniais lęšiais. Gravitaciniai lęšiai atsiranda tada, kai rudasis nykštukas arba juodoji skylė atsiduria tarp šviesos šaltinio, pavyzdžiui žvaigždės arba galaktikos, ir stebėtojo žemėje. Objektas sufokusuoja šviesos spindulius ir paryškina šviesos šaltinį. Astronomai stropiai ieško pašviesėjimų danguje, išduodančių apie Didžkių egzistavimą.
Ar Didžkiai neužstotų šviesos? Kaip tamsioji materija gali veikti tarsi lęšis? Atsakymas yra – gravitacija. Albertas Enšteinas 1919m. įrodė, kad gravitacija išlenkia šviesos spindulius. Jis nuspėjo, kad žvaigždė, kurią užstoja saulė, per pilną saulės užtemimą turėtų matytis. Enšteinas buvo teisus – saulės gravitacija išlenkė žvaigždės šviesos spindulius ir susidarė vaizdas, kad žvaigždė yra šalia saulės, nors ji buvo už jos.

Astronomai, pasinaudodami gravitaciniais lęšiais, gali netik aptikti, bet ir apskaičiuoti Didžkio masę, nustatydami atstumus ir lęšių efekto trukmę. Nors apie gravitacinius lęšius buvo žinoma dar nuo Enšteino demonstracijos, tačiau astronomai šia technologija pradėjo naudotis vos prieš keletą metų.
Šie projektai tyrinėja gravitacinius lęšius: MACHO projektas (Amerika ir Australija), EROS projektas (Prancūzija) ir OGLE projektas (Amerika ir Lenkija). Preliminarūs šių projektų rezultatai rodo, jog lęšių efektą sukelenčių objektų masės svyruoja nuo panašių į Jupiterio iki panašių į Saulės.Besisukančios žvaigždės
Dar juodąją skylę galima aptikti stebint, kaip jos gravitacinis laukas veikia aplinkinius objektus. Kai astronomai mato aplink kažką besisukančią žvaigždę, tačiau nemato aplink ką ji sukasi, galima įtarti, kad ji sukasi aplink juodąją skylę. Toliau stebėdami besisukančius objektus, astronomai gali prieiti išvados, jog ten tikrai yra juodoji skylė.
1995 m. sausio mėn. amerikiečių ir japonų mokslininkų grupė Amerikos Astronomų Asociacijos susirinkime pateikė įtikinamų įrodymų apie egzistuojančią didžiulę juodąją skylę. Ši mokslininkų grupė pagal Doplerio poslinkį nustatė besisukančių žvaigždžių greitį, tam, kad apkaičiuotų juodosios skylės masę. Tiriamos juodosios skylės masė buvo lygi 36 milijonams mūsų saulės masių! Nors šis ir panašūs atradimai teikia vilčių, Didžkių tyrinėtojai neatranda pakankamai rudųjų nykštukų ir juodųjų skylių, kurie galėtų kompensuoti trūkstamą masę. Todėl dauguma mokslininkų pripažįsta, kad tamsioji materija yra barioninių Didžkių ir nebarioninių Mažylių derinys.Mažyliai
Stengdamiesi surasti trūkstamus 90% visatos, dalelių fizikai plėtoja teorija apie mažyčių nebarioninių dalelių egzistavimą, kurios skiriasi nuo mums įprastos materijos. Manoma, kad mažesni už atomus Mažyliai turi masę, tačiau su barionine materija sąveikauja tik gravitaciškai – jie pereina kiaurai per barioninę materiją. Kadangi kiekvienas Mažylis yra labai nedidelės masės, jų turi būti be galo daug, kad kompensuotų trūkstamą masę. Tai reiškia, kad milijonai Mažylių pereina per įprastą materiją – žemę, žmones – kiekvieną sekundę. Nors kai kurie žmonės galvoja, kad Mažyliai yra išgalvoti tik kaip greitas trūkstamos materijos paaiškinimas, dauguma fizikų tiki jų egzistavimu. Pagal Valterį Stokvelą, astronomai pripažįsta, kad bent jau dalis trūkstamos materijos yra Mažyliai. Ieškant Mažylių, pagrindinė problema yra ta, kad jie beveik nesąveikauja su įprasta materija, dėl to juos labai sunku aptikti.Mažylių aptikimas
Visos viltys įrodyti, kad Mažyliai egzistuoja, yra dedamos į teoriją, kad retkarčiais Mažyliai sąveikauja su įprasta materija. Kadangi Mažyliai gali praskrieti per įprastą materiją, tankioje medžiagoje gali atsirasti silpna sąveika. Norint aptikti Mažylius, reikia pastebėti šią sąveiką. Dalelių astrofizikai, Dr. Bernardas Sadouletas ir Valteris Stokvelas, būtent tai ir tikisi padaryti. Savo projekte, jie siekia didžiulį kristalą atšaldyti iki beveik absoliutaus nulio, kad neliktų jokio atomų judėjimo kristale. Tuomet Mažylių sąveikos su kristalo atomais sukurta energija, įrengimais būtų fiksuojama kaip šiluma. Kadangi tyrimas visdar vyksta, jokių rezultatų dar nėra.
Panašus Mažylių paieškos projektas vyksta Anktarktidoje. AMANDA (Antarctica Muon and Neutrino Detector Array) projekte bendradarbiauja AT&T, Čikagos bei Princtono universitetai. AMANDA mokslininkai sekimo prietaisus deda giliai į Antarktidos ledą. Vietoj kristalo, AMANDA mokslininkai naudoja pačią Antarktidos ledo plokštę kaip Mažylių detektorių.Tamsioji materija ir visata
Ieškant tamsiosios materijos, siekiama paaiškinti galaktikų masių skaičiavimų neatitikimus. Trūkstančios masės problema verčia žmones dvejoti dėl dabartinių teorijų apie visatos formavimąsi ir pabaigą.Didysis Sprogimas
1950-aisiais atsirado nauja visatos susiformavimo teorija. Didžiojo Sprogimo teorija sako, kad visata prasidėjo nuo milžiniško sprogimo. Teorija išsirutuliojo iš galaktikų doplerio poslinkio stebėjimų. Atrodo, kad nežiūrint į tai, kur astronomai benukreiptų teleskopus, šviesa iš galaktikų centrų visada pasislinkusi į raudonąją pusę. Visomis kryptimis esančios rausvos galaktikos rodo, kad jos tolsta nuo mūsų, vadinasi visata plečiasi.
Didžiojo Sprogimo teorija aprašo dabartinį mūsų visatos modelį, kuris sako, kad visa egzistuojanti materija, kadaise buvo suspausta į vieną tašką. Didysis Sprogimas materiją paskirstė visomis kryptimis vienodai. Tuomet, dėl traukos materija pradėjo susitraukinėti ir taip susiformavo žvaigždės ir galaktikos, kurias mes šiandien matome. Didžiojo Sprogimo sukurtas plėtimasis buvo pakankamai stiprus, kad nugalėtų gravitaciją. Mes vis dar matome šios jėgos poveikį, stebėdami rausvas galaktikas.

paveikslėlis 4 didysis sprogimasSusitelkimas
Vienas iš Didžiojo Sprogimo teorijos neaiškumų yra nesugebėjimas paaiškinti, kaip žvaigždės ir galaktikos galėjo susiformuoti jaunoje visatoje, kuri buvo paskleista visomis kryptimis vienodai. Dėl ko prasidėjo susitelkimas? Vienalytėje visatoje, kiekviena dalelė kitas daleles veiktų vienodai; visata liktų nepakitusi. Tačiau kažkas suteikė pradinę gravitaciją, kad galėtų atsirasti galaktikos. Fizikai, kaip sprendimą, pateikė tamsiosios materijos Mažylius. Kadangi Mažyliai barioninę materiją veikia tik gravitaciškai, fizikai teigia, kad ši tamsioji materija galėjo duoti sėklą galaktikų formavimuisi. „Mes neturime sėkmingo galaktikos susiformavimo modelio“, – teigia Valteris Stokvelas, – „tačiau atrodo, kad sėkmingiausiems dabartiniams modeliams trūksta tik nebarioninės tamsiosios materijos.“Uždara, atvira, lygi
Šio metu yra trys visatos ateities scenarijai. Jeigu visata yra uždara, gravitacija galiausiai įveiks plėtimąsi, ir visata vėl susitrauks į vieną tašką. Šis modelis reiškia begalinį didžiųjų sprogimų ir „didžiųjų susitraukimų“ ciklą. Atvira visata turi stipresnį plėtimąsi negu gravitaciją – tokia visata plėsis amžinai. Ir lygi visata turi lygiai tiek masės, kad gravitaciškai sustabdytų savo plėtimąsi, tačiau nepakankamai, kad vėl susitrauktų.
Kaip visatos plėtimasis susijęs su trūkstama mase? Kuo daugiau masės, tuo daugiau gravitacijos. Ar visata yra uždara, atvira ar lygi, priklauso nuo to, kokia jos masė. Astronomai, kalbėdami apie materijos kiekį visatoje, naudoja parametrą vadinama Omega. Atviros visatos Ω<1, uždaros Ω>1 ir lygios Ω=1. Štai čia ir yra pagrindinis tamsiosios materijos vaidmuo. Be tamsiosios materijos, Omega yra kažkur nuo 0,1 iki 0,01, ir mes gyvename atviroje visatoje. Jei būtų pakankamai daug tamsiosios materijos, mes gyventumėme uždaroje visatoje. Prie tam tikro tamsiosios materijos kiekio visata būtų lygi. Tamsiosios materijos kiekis nustato visatos likimą.Išvados
Mokslininkai blaškosi nuo vienos teorijos, prie kitos. Vieni skeptiškai žiūri į Mažylius; kiti sako, kad Didžkiai niekada nesudarytų 90% visatos. Vieni sako, kad tokie tamsiosios materijos neaiškumai kelia abejonių dėl Didžiojo Sprogimo teorijos. Jie sako, kad neįmanoma toliau sėkmingai plėtoti mokslo, kai teoriniai spėliojimai tampa pernelyg platūs, tokie, kaip per paskutinius kelis dešimtmečius. Kiti netgi sako, kad trūkstančios masės apskritai nėra. J.L. Railis teigia, kad raudonasis galaktikų poslinkis atsiranda ne dėl besiplečiančios visatos, o dėl šviesos virtimo į materiją jai senstant.
Tačiau dauguma mokslininkų visgi tiki Didžiuoju Sprogimu. Teoretikai visada sugalvos įvairiausių priežasčių kodėl tas ar anas, gali ar negali būti, ir keis savo nuomones kiekvienais metais. Tačiau Didžiojo Sprogimo teorija visatai išgyvena. Ji puikiai paaiškina ir įrėmina visa tai, kokia visata yra šiandien.
Dabar trūkstamos materijos problema vėl kelia grėsmę žmonijos vietai visatoje. Jei nebarioninė materija ištikrųjų egzistuoja, tuomet mūsų pasaulis ir žmonės jame tampa dar labiau nustumti nuo centro. Tai būtų galutinė Koperniko revoliucija. Ne tik kad mes nesame visatos centras, kaip kad jau žinome, tačiau mes netgi nesame padaryti iš to paties kaip ir didžioji visatos dalis. Mes tesame nedidelis perteklius, nereikšmingas reiškinys, o visata yra kažkas visiškai kito.
Tamsiosios materijos atradimas, greičiausiai, pakeistų mūsų vietos visatoje supratimą. Jei mokslininkai įrodytų, kad nebarioninė materija egzistuoja, tai reikštų, kad mūsų pasaulis ir žmonės jame yra padaryti iš kažko, kas sudaro visiškai nereikšmingą fizinės visatos dalį. Nors tokio tipo atradimas, greičiausiai, nepaveiktų mūsų kasdieninio gyvenimo. Sunku būtu įsivaizduoti žmones susirūpinusius dėl to, kad visata nėra barioninė. Juk dauguma žmonių net nežino ką reiškia „barioninis“. Didžioji visatos dalis yra iš kažko kito negu žmogus. Jei mūsų filosofija priima tai, kad žmogus nėra visatos centras, tuomet neatrodytų labai sunku suvokti, kad protonai ir neutronai, taip pat nėra visatos centras. Greičiausiai, tamsiosios materijos atradimas mums tiesiog suteiktų naują požiūrį iš kito taško.Literatūros sąrašas
1. http://astro.res.lt/zvaigzd/zvsand.htm
2. http://kvankt.puslapiai.lt/modules.php?name=News&file=article&sid=37
3. http://en.wikipedia.org/wiki/Big_bang
4. http://www.astro.lt/enciklopedija/d/doplerio_reisk.html
5. http://www.astro.lt/enciklopedija/

Leave a Comment