Sammensetning av universet

Universet er et stort og fascinerende sted. Når astronomer vurderer hva det er laget av, kan de peke mest direkte på milliardene av galakser den inneholder. Hver av disse har millioner eller milliarder - eller til og med billioner - stjerner. Mange av disse stjernene har planeter. Det er også skyer av gass og støv.

Mellom galaksene, der det ser ut som om det ville være veldig lite "greier", finnes skyer av varme gasser noen steder, mens andre regioner er nesten tomme tomrom. Alt som er materiale som kan oppdages. Så hvor vanskelig kan det være å se ut i kosmos og estimere, med rimelig nøyaktighet, mengden lysende masse (materialet vi kan se) i universet, ved hjelp av radio, infrarød og røntgen astronomi?

Nå som astronomer har svært følsomme detektorer, gjør de store fremskritt med å finne ut universets masse og hva som utgjør den massen. Men det er ikke problemet. Svarene de får gir ikke mening. Er deres metode for å legge opp massen feil (ikke sannsynlig) eller er det noe annet der ute; noe annet de ikke kan

En av de største bevisene for universets masse er noe som kalles den kosmiske mikrobølgebakgrunnen (CMB). Det er ikke en fysisk "barriere" eller noe sånt. I stedet er det en tilstand i det tidlige universet som kan måles ved hjelp av mikrobølgedetektorer. CMB stammer fra kort tid etter Big Bang og er faktisk bakgrunnstemperaturen i universet. Tenk på det som varme som er detekterbar i hele kosmos likt fra alle retninger. Det er ikke akkurat som varmen som kommer fra solen eller som stråler fra en planet. I stedet er det en veldig lav temperatur målt til 2,7 grader K. Når astronomer går for å måle denne temperaturen, ser de små, men viktige svingninger spredt over denne bakgrunnen "varme". At det eksisterer betyr imidlertid at universet i det vesentlige er "flatt". Det betyr at den vil utvide seg for alltid.

Så, hva betyr den flatheten for å finne ut universets masse? I utgangspunktet, gitt den målte størrelsen på universet, betyr det at det må være nok masse og energi til stede i det for å gjøre det "flatt". Problemet? Vel, når astronomer legger opp alt av "normal" sak (som stjerner og galakser, pluss gassen i universet, det er bare rundt 5% av den kritiske tettheten som et flatt univers trenger for å forbli flatt.

Det betyr at 95 prosent av universet ennå ikke er oppdaget. Den er der, men hva er det? Hvor er det? Forskere sier at det eksisterer som mørk materie og mørk energi.

Massen som vi kan se kalles "baryonisk" materie. Det er planetene, galakser, gasskyer og klynger. Massen som ikke kan sees, kalles mørk materie. Det er også energi (lys) som kan måles; interessant, det er også den såkalte "mørk energi." og ingen har en veldig god ide om hva det er.

Så, hva utgjør universet og i hvilke prosenter? Her er en oversikt over de nåværende masseandelene i universet.

For det første er det de tunge elementene. De utgjør omtrent ~ 0,03% av universet. I nesten en halv milliard år etter universets fødsel var de eneste elementene som eksisterte hydrogen og helium. De er ikke tunge.

Etter at stjerner ble født, levd og døde, begynte imidlertid universet å bli frøset med elementer som var tyngre enn hydrogen og helium som ble "kokt opp" inne i stjerner. Det skjer når stjerner smelter sammen hydrogen (eller andre elementer) i kjernene. Stardeath sprer alle disse elementene til verdensrommet gjennom eksplosjoner med planetariske tåler eller supernovaer. Når de er spredt ut i verdensrommet. de er førsteklasses materiale for å bygge de neste generasjonene med stjerner og planeter.

Dette er en langsom prosess. Selv nesten 14 milliarder år etter opprettelsen består den bare en liten brøkdel av universets masse av elementer som er tyngre enn helium.

Neutrinoer er også en del av universet, selv om bare rundt 0,3 prosent av det. Disse skapes under kjernefysisk prosess i kjernene til stjerner, nøytrinoer er nesten masseløse partikler som beveger seg med nesten lysets hastighet. Sammen med deres manglende lading, betyr deres bittesmå masser at de ikke interagerer lett med masse bortsett fra en direkte innvirkning på en kjerne. Å måle nøytrinoer er ikke en lett oppgave. Men det har gjort det mulig for forskere å få gode estimater av atomfusjonshastigheten til vår sol og andre stjerner, så vel som et estimat av den totale nøytrinobestanden i universet.

Når stjernekikkere kikker ut på nattehimmelen, er det meste av det stjerner. De utgjør omtrent 0,4 prosent av universet. Likevel, når folk ser på det synlige lyset som kommer fra andre galakser til og med, er det meste av det de ser stjerner. Det virker rart at de bare utgjør en liten del av universet.

Så hva er mer, rikelig enn stjerner og nøytrinoer? Det viser seg at på fire prosent utgjør gasser en mye større del av kosmos. De okkuperer vanligvis plassen mellom stjerner, og for den saks skyld, rommet mellom hele galakser. Interstellar gass, som stort sett bare er gratis elementært hydrogen og helium, utgjør mesteparten av massen i universet som kan måles direkte. Disse gassene blir oppdaget ved bruk av instrumenter som er følsomme for radio, infrarød og røntgenbølgelengde.

Mørk materie

Universets nest mest rike "ting" er noe som ingen har sett ellers oppdage. Likevel utgjør det omtrent 22 prosent av universet. Forskere som analyserer bevegelsen (rotasjon) av galakser, så vel som samspillet mellom galakser i galakse klynger, fant at all gassen og støvet som er til stede ikke er nok til å forklare galaksenes utseende og bevegelser. Det viser seg at 80 prosent av massen i disse galaksene må være "mørke". Det vil si at det ikke kan oppdages i noen lysets bølgelengde, radio gjennom Gammastråle. Derfor kalles disse "greiene" "mørk materie".

Identiteten til denne mystiske massen? Ukjent. Den beste kandidaten er kald mørk materie, som er teoretisert for å være en partikkel som ligner en nøytrino, men med en mye større masse. Det antas at disse partiklene, ofte kjent som svakt samvirke massive partikler (WIMPs) oppsto fra termiske interaksjoner tidlig galakse formasjoner. Imidlertid har vi foreløpig ikke klart å oppdage mørkt stoff, direkte eller indirekte, eller lage det på et laboratorium.

Universets mest tallrike masse er ikke mørk materie eller stjerner eller galakser eller skyer av gass og støv. Det er noe som kalles "mørk energi", og det utgjør 73 prosent av universet. Faktisk er mørk energi ikke (sannsynlig) selv massiv i det hele tatt. Noe som gjør sin kategorisering av "masse" noe forvirrende. Så hva er det? Muligens er det en veldig merkelig egenskap av romtid, eller kanskje til og med et uforklarlig (så langt) energifelt som gjennomsyrer hele universet. Eller det er ingen av disse tingene. Ingen vet. Bare tid og mye mer informasjon vil fortelle.

Redigert og oppdatert av Carolyn Collins Petersen.