Ce s-a intamplat?

Suntem înconjurați de materie. De fapt, SUNTEM materie. Tot ceea ce detectăm în univers este, de asemenea, materie. Este atât de fundamental încât acceptăm pur și simplu că totul este făcut din materie. Este blocul fundamental al tuturor lucrurilor: viața pe Pământ, planeta pe care trăim, stelele și galaxiile. De obicei este definit ca orice lucru care are masă și ocupă un volum de spațiu.

Blocurile de materie sunt numite „atomi” și „molecule”. De asemenea, ei contează. Materia pe care o putem detecta în mod normal se numește materie „baryonic”. Cu toate acestea, există un alt tip de materie, care nu poate fi detectat direct. Dar influența sa poate. Se numește materie întunecată. 

Materie normală

Este ușor să studiezi materia normală sau „materia baryonică”. Poate fi defalcat în particule sub-atomice numite leptoni (electroni de exemplu) și quark (blocurile de construcție ale protonilor și neutronilor). Acestea sunt ceea ce alcătuiesc atomii și moleculele care sunt componentele tuturor, de la oameni la stele.

Ilustrație computerizată a unui model atomic care conține atomi, protoni, neutroni și electroni. Acestea sunt elementele de bază ale materiei normale. Biblioteca foto științifică / Getty Images

Materia normală este luminoasă, adică interacționează electromagnetic și gravitațional cu alte materii și cu radiații. Nu neapărat strălucește așa cum ne gândim la o stea care strălucește. Poate emite alte radiații (cum ar fi infraroșu).

Un alt aspect care apare atunci când se discută despre materie este ceva numit antimaterie. Gândiți-vă la el ca la reversul materiei normale (sau poate la o imagine în oglindă) a acesteia. Adesea auzim despre asta când oamenii de știință vorbesc despre reacții despre materie / anti-materie ca surse de putere. Ideea de bază din spatele antimateriei este că toate particulele au o anti-particule care are aceeași masă, dar opusă rotirii și încărcării. Când materia și antimateria se ciocnesc, se anihilează reciproc și creează energie pură sub formă de raze gamma. Această creație de energie, dacă ar putea fi valorificată, ar furniza cantități uriașe de putere oricărei civilizații care ar putea să-și dea seama cum să o facă în siguranță.

Materie întunecată

Spre deosebire de materia normală, materia întunecată este un material care nu este luminos. Adică nu interacționează electromagnetic și, prin urmare, apare întunecat (adică nu va reflecta și nu va da lumină). Natura exactă a materiei întunecate nu este bine cunoscută, deși efectul acesteia asupra altor mase (cum ar fi galaxiile) a fost remarcat de astronomi precum Dr. Vera Rubin și alții. Cu toate acestea, prezența sa poate fi detectată prin efectul gravitațional pe care îl are asupra materiei normale. De exemplu, prezența sa poate constrânge mișcările stelelor într-o galaxie, de exemplu.

Materie întunecată în univers. Ar putea fi făcut din WIMP-uri? Această imagine Hyper Suprime-Cam arată o secțiune mică (14 minute cu 9,5 arc minute) de grupuri de galaxii cu contururile unei concentrații de materie întunecată și o parte a altei trasate cu linii de contur. Telescopul Subaru / Observatorul Astronomic Național al Japoniei

În prezent, există trei posibilități de bază pentru „lucruri” care constituie materia întunecată:

• Materie întunecată la rece (CDM): Există un candidat numit particula masivă slab care interacționează (WIMP) care ar putea sta la baza materiei întunecate reci. Cu toate acestea, oamenii de știință nu știu prea multe despre asta sau despre cum s-ar fi putut forma timpuriu în istoria universului. Alte posibilități pentru particule CDM includ axiuni, cu toate acestea, ele nu au fost niciodată detectate. În cele din urmă, există MACHOs (MAssive Compact Halo Objects), ele ar putea explica masa măsurată a materiei întunecate. Aceste obiecte includ găuri negre, stele antice de neutroni și obiecte planetare care nu sunt luminoase (sau aproape așa), dar conțin încă o cantitate semnificativă de masă. Acestea ar explica în mod convenabil materia întunecată, dar există o problemă. Ar trebui să fie multe dintre ele (mai mult decât s-ar fi așteptat, având în vedere vârsta anumitor galaxii), iar distribuția lor ar trebui să fie incredibil de bine răspândită în univers pentru a explica materia întunecată pe care astronomii au descoperit-o „acolo”. Deci, materia întunecată rece rămâne o „lucrare în curs”.
• Materie întunecată caldă (WDM): Se crede că este compus din neutrini sterili. Acestea sunt particule similare cu neutrinii normali, cu excepția faptului că sunt mult mai masivi și nu interacționează prin forța slabă. Un alt candidat pentru WDM este gravitino. Aceasta este o particulă teoretică care ar exista dacă teoria supergravității - o îmbinare a relativității generale și a supersimetriei - câștigă tracțiunea. WDM este, de asemenea, un candidat atractiv pentru a explica materia întunecată, dar existența fie a neutrinilor sterili, fie a gravitinosului este speculativă în cel mai bun caz.
• Materie întunecată fierbinte (HDM): particulele considerate a fi materie întunecată fierbinte există deja. Se numesc „neutrini”. Ei călătoresc aproape cu viteza luminii și nu se „aglomerează” în moduri în care proiectăm materia întunecată. De asemenea, având în vedere că neutrino este aproape lipsit de masă, ar fi necesară o cantitate incredibilă pentru a compensa cantitatea de materie întunecată care se știe că există. O explicație este că există un tip sau o aromă de neutrino încă nedetectate, care ar fi similar cu cele deja cunoscute. Cu toate acestea, ar avea o masă semnificativ mai mare (și, prin urmare, poate o viteză mai mică). Dar probabil că aceasta ar fi mai asemănătoare cu materia întunecată caldă.

Conexiunea dintre materie și radiații

Materia nu există exact fără influență în univers și există o conexiune curioasă între radiație și materie. Această legătură nu a fost bine înțeleasă până la începutul secolului XX. Atunci Albert Einstein a început să se gândească la conexiunea dintre materie și energie și radiații. Iată cu ce a venit: conform teoriei sale despre relativitate, masa și energia sunt echivalente. Dacă suficientă radiație (lumină) se ciocnește cu alți fotoni (un alt cuvânt pentru „particule” ușoare) cu o energie suficient de mare, se poate crea masă. Acest proces este ceea ce oamenii de știință studiază în laboratoarele uriașe cu colizorii de particule. Munca lor se adâncește profund în inima materiei, căutând cele mai mici particule despre care se știe că există.

Deci, în timp ce radiația nu este considerată în mod explicit materie (nu are masă sau nu ocupă volum, cel puțin nu într-un mod bine definit), ea este conectată la materie. Acest lucru se datorează faptului că radiația creează materie și materia creează radiații (ca atunci când materia și materia anti-materie se ciocnesc).

Energie întunecată

Având legătura materie-radiație cu un pas mai departe, teoreticienii propun, de asemenea, că în universul nostru există o radiație misterioasă. Se numeste energie întunecată. Natura sa nu este deloc înțeleasă. Poate că atunci când materia întunecată va fi înțeleasă, vom ajunge să înțelegem și natura energiei întunecate.

Editat și actualizat de Carolyn Collins Petersen.