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Wir messen Bewegung, Position und viele andere Dinge eines Objekts im Raum aufgrund seines Lichts und dessen, was wir damit messen können. Aber soweit ich weiß, soll es im Weltraum eine RIESIGE Menge dunkler Materie geben, deren Masse und Größe wir nicht kennen, und weil sie Masse hat, hat sie Schwerkraft und kann Licht biegen.
Ich weiß, dass die Physik die Schwerkraft von Sternen und riesigen Dingen im Weltraum berücksichtigen kann, aber wie können sie sich ihrer Messungen (insbesondere der Position) sicher sein, wenn sie nicht wissen, wie dieses Licht von einer geraden Linie abgewichen ist?
Die lokale Dichte der Dunklen Materie ist eigentlich sehr klein, in der Größenordnung von $ hosim10^{-19} ext{ g/cm}^3$ (siehe z. B. Bovy & Tremaine (2012)). Dies bedeutet, dass pro Kubikparsec ungefähr $0,001$-$0,01M_{odot}$ dunkle Materie vorhanden sind – eine erstaunlich geringe Menge. 1000 Kubikparsec würden ungefähr eine Sonnenmasse dunkler Materie enthalten - und das ist ein Würfel von 10 Parsec Länge auf jeder Seite! Nun, die Verteilung der Dunklen Materie in Galaxien ist nicht homogen - sie folgt grob einem Navarro-Frenk-White-Profil, dessen Dichte vom Zentrum der Galaxie aus abnimmt - aber auf der Skala von Parsec (und sicherlich im Sonnensystem). , können wir davon ausgehen, dass es eine ungefähr einheitliche Dichte hat.
Auf kleinen Skalen haben wir dann ungefähre Homogenität und geringe Dichte. Dies bedeutet, dass alle Gravitationslinseneffekte von Dunkler Materie extrem gering oder selbstaufhebend sein sollten und nur aus Inhomogenitäten mit großen Klumpen dunkler Materie entstehen. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass sich solche Klumpen allein durch die Wechselwirkung der Dunklen Materie mit sich selbst bilden (wenn wir die MACHO-Hypothese außer Acht lassen, die meines Wissens derzeit nicht bevorzugt wird).
Auf intergalaktischen Skalen hingegen ist Dunkle Materie können einige Auswirkungen haben. Schwache Linsenbildung ist ein häufig beobachtetes Phänomen in Galaxienhaufen, die einen extrem hohen Anteil an Dunkler Materie aufweisen können. Derzeit werden verschiedene Techniken verwendet, um die Massenverteilung der Linsengalaxie zu modellieren (siehe die KSB+-Methode) und das Bild und die Position der ursprünglichen Galaxie durch Dekonvolution zu rekonstruieren (siehe Chantry & Magain; ein visuelles Beispiel wird hier gegeben). Ich kenne mich jedoch mit beiden Techniken nicht so gut aus, daher kann ich Ihnen keinen guten Überblick geben.
Selbst großformatige Linsen haben große Massenanforderungen. zephyr wies darauf hin, dass das Vordergrundobjekt, das das Einstein-Kreuz erzeugte, $sim10^{10}M_{odot}$ dunkler Materie enthielt (van de Ven et al. (2010)). Das ist enorm!
Neue Karte der dunklen Materie des Universums könnte Albert Einsteins falsche Relativitätstheorie beweisen
Astronomen haben die bisher detaillierteste Karte der dunklen Materie des Universums erstellt.
Dies ist keine leichte Aufgabe, da dunkle Materie unsichtbar ist. Da seine enormen Gravitationskräfte ganze Galaxien zusammenziehen können, wissen Wissenschaftler, dass dieser mysteriöse Verwandte des normalen Zeugs existiert. Astronomen schätzen, dass dunkle Materie ein Viertel des Universums ausmacht, basierend auf Messungen ihres Einflusses.
Die neue Karte stammt aus jahrelangen Studien des Dark Energy Survey, einem Konsortium von 400 Wissenschaftlern aus sieben Ländern (DES). Sie nutzten das Victor M. Blanco-Teleskop in Chile, um in den Himmel zu blicken und sahen Millionen von Galaxien, die durch dunkle Materie verbunden sind. Astronomen können herausfinden, wie viel dunkle Materie zwischen diesen Galaxien und unserem Planeten liegt, indem sie ihre Verteilung betrachten und wie das Licht von ihnen die Erde erreicht.
Die Forscher zeigten in einer Reihe von Experimenten, die diese Woche veröffentlicht wurden, dass der Kosmos von riesigen Galaxienhaufen durchsetzt ist – Orte, an denen auch dunkle Materie dicht gepackt ist. Ihre Karte, die von der Erde aus gesehen etwa ein Achtel des Himmels umfasst, zeigt jedoch auch Bereiche des Universums, die fast leer sind von dunkler Materie und Galaxien. Interstellares Gas scheint diese überfüllten und unbesetzten Orte in einem kosmischen Netz zu verbinden.
„Es zeigt uns neue Teile des Universums, die wir noch nie zuvor gesehen haben. Wir können diese kosmische Netzstruktur wirklich sehen, einschließlich dieser enormen Strukturen, die kosmische Leere genannt werden, die Regionen des Universums mit sehr geringer Dichte sind, in denen es sehr wenige Galaxien gibt und weniger Materie", sagte Niall Jeffrey, ein Kosmologe am University College London, per News18.
Die Entdeckungen, so Jeffrey, zeigen, dass die Schwerkraft in diesen Hohlräumen möglicherweise nicht so wirkt wie auf der Erde. Es impliziert, dass die üblichen Regeln der Physik nicht gelten.
Aktivitätsdetails
- Themen:WISSENSCHAFT
- Typen:DEMONSTRATION
- Klassenstufen:6 - 12
- Hauptthema:PHYSIKALISCHE WISSENSCHAFTEN
- Zusätzliche Themen:
ASTRONOMIE - Erforderliche Zeit: Weniger als 30 Minuten
- Wissenschaftsstandards der nächsten Generation (Website)
Entwickeln und verwenden Sie ein Modell, um die Rolle der Schwerkraft bei den Bewegungen in Galaxien und im Sonnensystem zu beschreiben
Konstruieren Sie eine Erklärung der Urknalltheorie basierend auf astronomischen Beweisen für Lichtspektren, Bewegung entfernter Galaxien und Zusammensetzung der Materie im Universum
Frage Wenn Materie und Antimaterie symmetrisch wären, wie existieren wir dann?
Dies ist eine sehr umstrittene Frage. Wir alle wissen, dass es für jedes Quark ein Antiquark gibt, für jedes Elektron ein Positron und so weiter. Dazu gibt es verschiedene Theorien. Ich habe eine andere Meinung dazu, ich denke, ich kann es mit der Allgemeinen Relativitätstheorie lösen und es hat eine einfache Logik. Aber trotzdem, was sind Ihre Meinungen?
Wenn Materie und Antimaterie symmetrisch wären, hätten sie alles vernichtet, aber sie haben es nicht. Denn wir existieren noch. Wie kommt es also, dass sich Materie und Antimaterie nicht gegenseitig vernichteten?
Wolfshadw
Denn Materie und Antimaterie waren nicht symmetrisch. Dies ist so ziemlich der Konsens aller Wissenschaftssendungen, die ich in den letzten fünf Jahren gesehen habe. Wir wissen nicht warum.
Katastrophe
Annäherung an einen Asteroiden? Ist das DER?
Dfjchem721
Materie und Antimaterie wurden in gleichen Mengen gebildet, aber die Vernichtung war aus unbekannten Gründen nicht vollständig.
Die verbleibende Antimaterie ist entweder noch da draußen oder wurde in etwas anderes umgewandelt, was die Asymmetrie verursacht hat. Jegliche Umwandlung(en) muss/müssen während oder kurz vor Beginn der Vernichtung stattgefunden haben.
Das Obige geht natürlich davon aus, dass das Fehlen einer vollständigen Vernichtung gegen die BB-Theorien verstößt, die dies erfordern, was das Thema dieses Threads zu sein scheint. (Das könnte eine Fangfrage sein!)
Die Urknall- "Mechanik" für solche Theorien kann aufgrund dieser "Baryonenasymmetrie" einfach nicht genau sein.
Katastrophe
Annäherung an einen Asteroiden? Ist das DER?
Vielleicht gibt es noch eine andere Antwort. Verzeihen Sie die Analogie, aber sie basiert tatsächlich auf chemischer Kinetik.
Durch dieses Erinnern ist das Universum ein sehr großer Platz.
Okay, denken wir an die gleiche Anzahl von Materie und Antimaterie - nennen wir sie kurz Plus und Minus. Wir haben also eine Armee von gleich vielen Plus und Minus. Es gibt lokale Konzentrationen von + und -- minus. Wo lokale Konzentrationen von + und -- existieren, neutralisieren sie sich gegenseitig. Rein zufällige Verteilung kann der eine oder andere Überlegenheit erlangen. An jedem kleinen Ort mag es so aussehen, als wäre die Schlacht vorbei, aber Vorsicht, vielleicht lauern einige der Feinde gleich um die Ecke
Wie oben erwähnt, ist das Universum ein sehr großer Ort.
Vielleicht gab es zu Beginn der Schlacht ein großes Loch, durch das die Armeen selektiv entkommen konnten.
Das Universum ist ein sehr großer Ort - vielleicht ist der Kampf noch im Gange.
Dfjchem721
Katzennotizen: „Das Universum ist ein sehr großer Ort.“
Wir gehen dann davon aus, dass sich die +/- Armeen zerstreut haben und die Vernichtung noch nicht abgeschlossen ist. Es scheint, dass die höchste Wahrscheinlichkeit für eine Vernichtung am Anfang liegt – maximale Dichte – und die Wahrscheinlichkeit exponentiell (?) sinkt, wenn sich das Universum ausdehnt. Wenn es bei diesem Konzept noch nicht passiert ist, wird es wahrscheinlich nicht oder sehr langsam sein. Diese müssten sich jetzt auf lokale Scharmützel und keine großen Schlachten beschränken, da es keine hohen Konzentrationen davon geben sollte, genau wie die Materie heute, aber noch weniger, da die Antimaterie die erste große Schlacht im Urknall verloren hat.
Ihre Idee könnte jedoch die Antwort sein. Ich habe gelesen, dass die NASA in kollidierenden Superclustern nach der Gamma-Signatur dafür sucht. Die Theorie besagt, dass, wie oben erwähnt, Antimaterie, die noch vorhanden ist, höchstwahrscheinlich in den höchsten noch sichtbaren Materiedichten für solche Beobachtungen zu finden ist. Und das sollten Supercluster sein, die ineinander greifen.
Unten ist nur eine Quelle zu dem Thema Ich habe eine Suche ausgewählt (es gibt viele andere)>
Dies ist ein grobes PDF - jemand hat es fotokopiert und der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt, es sieht so aus:
Katastrophe
Annäherung an einen Asteroiden? Ist das DER?
Katzennotizen: „Das Universum ist ein sehr großer Ort.“
Wir nehmen dann an, dass sich die +/- Armeen zerstreut haben und die Vernichtung noch nicht abgeschlossen ist. Es scheint, dass die höchste Wahrscheinlichkeit für eine Vernichtung am Anfang liegt – maximale Dichte – und die Wahrscheinlichkeit exponentiell (?) sinkt, wenn sich das Universum ausdehnt. Wenn es bei diesem Konzept noch nicht passiert ist, wird es wahrscheinlich nicht oder sehr langsam sein. Diese müssten sich jetzt auf lokale Scharmützel und keine großen Schlachten beschränken, da es keine hohen Konzentrationen davon geben sollte, genau wie heute Materie, aber noch weniger, da Antimaterie die erste große Schlacht im Urknall verloren hat.
Ihre Idee könnte jedoch die Antwort sein. Ich habe gelesen, dass die NASA in kollidierenden Superclustern nach der Gamma-Signatur dafür sucht. Die Theorie besagt, dass, wie oben erwähnt, Antimaterie, die noch vorhanden ist, höchstwahrscheinlich in den höchsten noch sichtbaren Materiedichten für solche Beobachtungen zu finden ist. Und das sollten Supercluster sein, die ineinander greifen.
Unten ist nur eine Quelle zu dem Thema Ich habe eine Suche ausgewählt (es gibt viele andere)>
Dies ist ein grobes PDF - jemand hat es fotokopiert und der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt, es sieht so aus:
Ja. Nicht die beste Qualität und mit dieser wunderbaren Farbe, die sogar riecht Alter.
Möchten Sie eine 5-zeilige Zusammenfassung bereitstellen?
Ich konnte nicht wirklich den Boden erreichen, um zu sehen, ob es einen gab (im Gegensatz zu wurden)
Katastrophe
Annäherung an einen Asteroiden? Ist das DER?
Was ich d-chem vorschlage, ist, dass wir uns in einem so kleinen Teil des Universums befinden, dass unsere Schätzung von + / = nicht unbedingt repräsentativ für die des gesamten Universums ist.
Dfjchem721
Es ist von 1990, aber das ist eine Sache, die die Leute immer noch betrachten. Die Allgemeine Relativitätstheorie kam vor über 100 Jahren auf den Markt und wurde aufgrund des Alters nicht schlecht behandelt. Es dauerte eine Weile, bis die Leute gute Beobachtungen ihrer "Merkmale" machten. Mal sehen, was ich noch finden kann. Dieser Ansatz wird durch unsere Nachweisgrenzen eingeschränkt. Es gibt nicht viel Interesse an diesem Zeug.
Ich versuche nur, dir zu helfen, mein guter Mann!
Katastrophe
Annäherung an einen Asteroiden? Ist das DER?
"Es scheint, dass die höchste Wahrscheinlichkeit für eine Vernichtung am Anfang ist - maximale Dichte - und die Wahrscheinlichkeit exponentiell (?) sinkt, wenn sich das Universum ausdehnt"
Ja, und Wheee! Wenn sich das Universum ausdehnt. . . . . . . . .
Daran hatte ich nicht gedacht! Mehr Volumen weniger Konzentration langsamere Reaktionszeit. . . . . .. . . .. nähert sich der Unendlichkeit oder der unendlichen Verdünnung.
Katastrophe
Annäherung an einen Asteroiden? Ist das DER?
Dfjchem721
Hier ist ein neuerer Link zum gleichen Thema, ebenfalls von der NASA. All dies ist wiederum nachweisbegrenzt. Wie Cat sagt, ist es möglicherweise lokalisiert und nicht nahe genug an uns, um Folgendes zu erkennen:
NASA - Auf der Suche nach ursprünglicher Antimaterie
ich hoffe du mögen es besser.
Und es gibt die Vorstellung, dass es da draußen Antimaterie-Galaxien gibt. Wie könnten wir sie auseinanderhalten. Einige behaupten, dass Sie das nicht können. Ein weiterer Grund, diese in kollidierenden Galaxien zu suchen.
Katastrophe
Annäherung an einen Asteroiden? Ist das DER?
Nun, ich habe es versucht, aber es ist 50% breiter als mein Bildschirm und es gibt keine Option zum Anpassen an den Bildschirm oder ähnliches.
Ich habe das e = mc2 bemerkt und dachte, dass wenn m + Antimaterie m Anti-Materie mischen, dann ersetzen Sie dies und Sie erhalten e = (0)c2 oder die Mischung von + / - Antimaterie / Materie ist Null.
Nun, ich bin mir sicher, dass 100 Leute sofort auf meinen Fehler hinweisen werden.
IG2007
"Kritisiere nicht, was du nicht verstehst. "
Ich habe meine eigene Theorie, die ich für richtig halte. Was lehrt uns die Allgemeine Relativitätstheorie?
Es lehrt uns, dass Materie (die Masse hat) Licht und Raum konvex biegt. Und das erzeugt Schwerkraft. Alles, was keine Masse hat, wie Photonen, hat keine Schwerkraft und verbiegt den Raum nicht.
Nun, wenn die Allgemeine Relativitätstheorie richtig ist. Dann soll alles mit negativer Masse (Antimaterie) den Raum konkav biegen. Und das soll Antigravitation erzeugen (kein Scherz, obwohl ich ein Kind bin, lol). Das bedeutet, dass Materie Schwerkraft hat und Antimaterie Antigravitation. Ich weiß nicht, ob das theoretisch sinnvoll ist, aber meine Logik sagt es.
Nun, ich denke, dass dieses Mysterium hinter jedem Mysterium steckt, wenn wir dieses Mysterium von Materie und Antimaterie lösen können, können wir riesige Mysterien der dunklen Materie und der dunklen Energie lösen.
Durch den Urknall wurde eine enorme Energiemenge freigesetzt und dadurch wurde ein Großteil der Materie und Antimaterie vernichtet, die den nullyfing-Effekten von Materie und Antimaterie standhielt. Nach einiger Zeit begannen die Antigravitation und die Schwerkraft von Antimaterie und Materie ihre Wirkung zu zeigen. Die vernichtete Antimaterie verwandelte sich in dunkle Materie (was wir heute noch sehen) und die vernichtete Materie verwandelte sich in reine elektromagnetische Strahlung oder Licht.
Dies führte zur Grundlage unseres Universums und dessen, was wir heute sehen. Und lassen Sie mich etwas über dunkle Energie sagen. Ich glaube, ich weiß, warum die dunkle Energie immer dieselbe ist. Denn die nicht vernichtete Antimaterie, die übrig blieb, hatte Antigravitation und stoße sich ab. Die Antimaterie ist immer noch im Universum vorhanden, die wir nicht sehen können, weil das Licht aufgrund der Antigravitation seine Oberfläche nicht erreichen kann. Und diese Antimaterie verursacht dunkle Energie und deshalb dehnt sich das Universum aus.
Der Menschheit etwas anbieten
Während das Studium der Dunklen Materie und Dunklen Energie hauptsächlich für die theoretische Physik von Bedeutung ist, kann die Jagd auch praktische Auswirkungen haben. Zum einen könnte die für Projekte wie Euclid konzipierte Hardware und die entwickelten Messtechniken in ganz unterschiedlichen Bereichen eingesetzt werden. Zweitens gibt es den reichen Datenschatz, den Euclid sammeln wird.
„Mit unseren Daten messen wir nicht nur dunkle Energie und dunkle Materie, sondern machen auch Bilder von allem, was wir bei diesen Wellenlängen am Himmel sehen“, sagt Laureijs. „Da steckt also viel mehr Astronomie drin. Und das ist auch ein spannender Teil, denn wir bieten der Menschheit, den Astronomen, etwas so Neues. In acht Jahren können Sie auf der Website der ESA jede beliebige Position am Himmel aufsuchen und sehen, wie sie mit enormer Auflösung bis in eine Tiefe von 10 Millionen Jahren aussieht.“
ESA/Hubble & NASA, RELIKTE
Bei der Suche nach Dunkler Materie und Dunkler Energie geht es jedoch in erster Linie darum, die Funktionsweise unseres Universums auf der grundlegendsten Ebene zu verstehen und eine Frage zu beantworten, die im Moment völlig verwirrend ist: „Was wir um uns herum sehen, sind nur 5% dessen, was es gibt in unserem Universum. Die anderen 95 % sind dunkle Materie und dunkle Energie, etwas, das wir kaum erklären können“, sagte Laureijs. „Das ist für mich der Hauptgrund, warum wir Euclid machen.“
Es ist diese seltsame, unerklärliche Frage, woraus das Universum besteht, die Wissenschaftler, Ingenieure und Astronomen antreibt, die an Dunkler Materie arbeiten. Denn was wir um uns herum sehen, kratzt nur an der Oberfläche dessen, was im Unbekannten existiert.
Wie „sehen“ wir dunkle Materie?
Hin und wieder liest man eine wissenschaftliche Geschichte, die behauptet, das beste Bild der dunklen Materie aller Zeiten zu sein. Wenn es so dunkel ist, wie kann man es sehen? In dieser Woche "Ask a Physicist" werden wir es herausfinden.
Ich habe in früheren Kolumnen viel über Dunkle Materie gesprochen, aber wussten Sie, dass es sich um die „Dark Matter Awareness Week“ handelt? Ich werde feiern, indem ich eine Frage beantworte, die mir von unserem eigenen Charlie Jane Anders gestellt wurde:
Fragen Sie einen Physiker: Warum an Dunkle Materie glauben?
In der heutigen Folge unserer Serie "Ask A Physicist" befasst sich Dr. Goldberg mit der dunklen Seite der…
Ich bin neugierig auf Galaxien mit Kernen der Dunklen Materie und wie wir Dunkle Materie "sehen" können.
Ich werde es beantworten, obwohl sie es nicht in Form einer Frage formuliert hat, zumal dies das Teilgebiet ist, in dem ich tatsächlich arbeite.
Dunkle Materie ist überall. Nach unserem besten kosmologischen Modell macht es etwa 25 % der Energie im Universum aus, etwa fünfmal so viel wie in dem gewöhnlichen atomaren Material, aus dem Sie, ich, die Sonne und die Erde bestehen. Dunkle Materie ist überall um uns herum und lauert heimlich.
Was Dunkle Materie zum Ninja des Universums macht, ist, dass sie (per Definition) kein Licht abgibt. Fritz Zwicky (Sie können gerne Anekdoten über ihn in den Kommentaren teilen) bemerkte jedoch in den 1930er Jahren, dass es nicht genügend Masse zu geben schien, um Galaxienhaufen zusammenzuhalten, je nachdem, wie schnell die Galaxien in ihnen zu fliegen schienen um.
Aber es ist ein langer Weg zwischen der Vermutung der Existenz von Dunkler Materie und der Erstellung einer Karte davon, und dafür müssen wir wirklich verstehen, wie die Schwerkraft funktioniert. Ich sollte Sie im Voraus warnen, dass die Diskussion etwas haarig wird, aber wenn Sie durchhalten, werden Sie am Ende mit schönen Bildern belohnt.
Genug allgemeine Relativitätstheorie
Lassen Sie mich nur drei Dinge darüber sagen, wie Licht und Schwerkraft zusammenwirken. Eigentlich sage ich nur eine Sache, aber ich sage es auf drei verschiedene Arten und mit zunehmender Komplexität. Fühlen Sie sich frei, diejenige auszuwählen, mit der Sie sich am wohlsten fühlen, und legen Sie los.
- Die Schwerkraft beugt Lichtstrahlen.
- Licht besteht aus Teilchen, und wenn es sich beispielsweise an einem Galaxienhaufen vorbeibewegt, krümmt es sich leicht auf diesen zu, so wie es ein Komet tun würde, wenn er an der Erde vorbeizieht. Ja, dies erzeugt einen Fehler von Faktor zwei. Für diesen Zweck kann ich damit leben. Cluster sind groß — Sie können Hunderte oder sogar Tausende von einzelnen Galaxien enthalten, daher ist der Gravitationseffekt ziemlich groß. An meine Physikkollegen vor Ort:
- Massive Körper Ja wirklich beuge die Raumzeit, und das Licht nimmt einfach den kürzesten Weg, den es kann.
Sie haben wahrscheinlich schon einmal eines dieser Diagramme gesehen, in dem sich die Raumzeit als eine große Gummiplatte mit einer Murmel in der Mitte vorstellt. Sterne, Planeten und alles andere, einschließlich Licht, bahnen sich ihren Weg über dieses verzerrte Blatt, so gut sie können, und nehmen gelegentlich verschlungene Wege.
Ich bin nicht wirklich verrückt nach dieser Erklärung, denn in Wirklichkeit ist die Krümmung des Zeitteils der Raumzeit genauso wichtig wie der Raumteil, und das kleine Diagramm dort oben kann das nicht wirklich zeigen. Für diejenigen unter Ihnen, die neugierig sind, kommt der Faktor zwei daher, wenn beide Begriffe einbezogen werden.
- Light möchte den schnellsten Weg nehmen.*
- Allgemeine Relativitätstheorie: Die Zeit läuft in der Nähe von massiven Körpern langsamer als in der Ferne. Wenn also ein cleveres Photon beispielsweise von einer weit entfernten Galaxie zu uns gelangen will und dabei an einem großen Haufen vorbeikommt, ist ein kleiner Umweg sinnvoll. Auch wenn sich Licht immer mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegt, braucht das Licht länger (je nach weit entfernten Personen), wenn sich die Zeit lokal verlangsamt, um die gleiche Entfernung zurückzulegen. Zu nah am Cluster, und die Zeit verlangsamt sich gerade genug, um die Reise zu einem Ärgernis zu machen. Ein zu großer Umweg, und die tatsächliche Laufleistung wird zu viel. Es gibt einen geschwungenen Pfad um den Rand herum, der genau richtig ist.
- Es kann tatsächlich mehrere mögliche Wege für das Licht geben. Dies geschieht nur bei ziemlich extremen Systemen und ist als "starker Gravitationslinseneffekt" bekannt. Ich werde heute nicht darüber sprechen, aber es ist auch ziemlich nett, weil Sie mehrere Bilder derselben Galaxie erhalten.
- * Jemand wird ein Problem damit haben, dass ich behaupte, zu wissen, was Licht will. "Ja wirklich?" Das ist der Kampf, den Sie wählen möchten?
Was passiert, wenn Sie mit Lichtgeschwindigkeit reisen und Ihre Scheinwerfer einschalten?
Eine der am häufigsten gestellten Fragen aus unserer Funktion „Einen Physiker fragen“ lautete: „Was passiert, wenn Sie…
All dies ist seit über 90 Jahren bekannt und bewiesen, seit Sir Arthur Eddington die scheinbare Positionsverschiebung eines Sterns während der Sonnenfinsternis 1919 beobachtete. Anstelle eines Sterns, wo er am Himmel sein sollte, wurde er ein kleines Stück weiter von der Sonne weg abgelenkt. Dieser Unterschied, etwa 1% des Winkels, den Sie mit bloßem Auge messen konnten, war ein großer Gewinn für Einstein.
Mit anderen Worten, GR scheint der Aufgabe gewachsen zu sein, die Ablenkung von Lichtstrahlen vorherzusagen.
Gravitationslinsen
Die große Erkenntnis daraus ist, dass alle Arten von Materie, ob dunkel oder gewöhnlich, ein Gravitationsfeld erzeugen, das den Weg von Lichtstrahlen ablenkt. Obwohl wir gewöhnliche Dinge direkt sehen können (weil sie Licht abgeben oder absorbieren), haben wir mit dunkler Materie nicht so viel Glück. Um Dunkle Materie tatsächlich zu "sehen", müssen wir eine Technik namens Gravitationslinseneffekt verwenden.
Hier ist das Setup: Sie und Ihr Teleskop befinden sich hier auf der Erde (oder in einer nahen Umlaufbahn), das Ding, das Sie kartieren möchten – zum Beispiel ein Galaxienhaufen – ist irgendwo weit entfernt im Weltraum, und es gibt viele und viele sehr weit entfernte Galaxien dahinter Das. Es sind diese fernen Galaxien, die uns helfen werden.
Es gibt jedoch einen Haken. Anders als bei Eddingtons Sonnenfinsternis müssen wir nicht auf ein zufälliges Ereignis warten. Die Galaxien und Haufen bewegen sich sehr, sehr langsam, und selbst wenn das Licht der Galaxien abgelenkt wird, haben wir keine Ahnung, wo sie sind Ja wirklich wäre, wenn da kein großer Gravitationshaufen im Weg wäre.
Lichtstrahlen von einer Seite einer der Hintergrundgalaxien werden anders abgelenkt als Licht von der anderen Seite. Je näher das Licht am Cluster vorbeikommt, desto mehr wird es abgelenkt, je weiter es vorbeigeht, desto weniger wird es abgelenkt. Dies hat den Effekt, dass das Bild, das wir sehen, eingeklemmt wird. Mit anderen Worten, eine Galaxie sieht für uns nicht kreisförmig aus, sondern wie eine Ellipse. Je elliptischer es ist, desto stärker ist das Gravitationsfeld, und das Coole daran ist, dass der Effekt dazu führt, dass die Bilder dieser Galaxien dazu neigen, einen Ring um die großen Massen im Haufen zu bilden.
Übrigens haben Sie solche Dinge in Ihrem Alltag gesehen. Nehmen Sie einfach eine gewöhnliche Lupe und schauen Sie zu den Rändern. Die Ameisen, die Sie braten möchten, sehen seltsam gestreckt und verzerrt aus.
Der Effekt ist normalerweise ziemlich klein (weniger als 1% für die meisten Bilder, obwohl der Effekt bei Bildern an genau der richtigen Stelle enorm sein kann), sodass Sie über Hunderte von Bildern mitteln müssen, um eine gute Karte zu erstellen, aber zum Glück gibt es viele und viele Galaxien da draußen.
Gehen Sie weiter und sehen Sie sich das Bild oben noch einmal an. Dies ist ein sehr reichhaltiger Cluster namens Abell 1689. Sie werden ein paar Dinge bemerken. Erstens, wenn Sie genau hinschauen, werden Sie feststellen, dass es eine Reihe kleiner, schmutziger Galaxien gibt, die zu Linien gestreckt sind und alle scheinen einen Halo um den Haufen zu bilden (auch bekannt als die großen, hellen Galaxien in der Mitte). . Übrigens gibt es auch Hunderte von Galaxien, die man mit dem Auge nur schwer erkennen kann, die man aber mit einem Computerprogramm recht leicht ausfindig machen kann.
Die wolkigen Bits im Bild entsprechen der Rekonstruktion, wo die Masse auf der Linsentechnik basiert. Groß Hinweis: Das sieht man nicht wirklich durch das Teleskop. Das ist die Sache, die wir schließen da zu sein, basierend darauf, wie die Hintergrundgalaxien verzerrt sind. Dies ist auch der Grund, warum das "Sehen" dunkle Materie in Anführungszeichen steht. Aber ich möchte allen Beschwerden unten vorgreifen. Zweifellos wird ein Zyniker sagen, dass dies nicht zählt, da es sich um eine Rekonstruktion handelt. Ich möchte jedoch darauf hinweisen, dass die Karte, die wir erhalten, nicht verrückt ist, egal wie man sie betrachtet. Denken Sie daran, dass wir bei der Rekonstruktion nicht auf die Haufengalaxien selbst schauen. Aber trotzdem, da ist eine Menge Materie, die jedem von ihnen entspricht. Das würde nicht passieren, wenn diese Methode reine Bananen wären.
Es überrascht nicht, dass die meisten Dinge in der Nähe der Mitte sind. Das ist der Kern der dunklen Materie, nach dem Charlie Jane gefragt hat. Sie werden feststellen, dass ein Großteil der Masse mit den großen hellen Galaxien (in Gold) aufgereiht ist. Das ist keine Überraschung. Überraschend ist, dass es viele Regionen gibt, die wenig oder keine Galaxien zu enthalten scheinen, aber auch ziemlich viel Materie enthalten.
NASA/CXC/STSci/CfA M.Markevitch et al., D. Clowe et al.
Diese Karten können mit allen möglichen Systemen erstellt werden. Das vielleicht berühmteste ist ein System mit dem Spitznamen "Bullet Cluster" von vor einigen Jahren, das im Grunde genommen aus zwei reichhaltigen Clustern besteht, die kürzlich (oder was auf kosmischen Zeitskalen als kürzlich gilt) miteinander kollidiert sind. Das heiße Gas (in Pink) wurde herausgestrippt und hat eine wirklich coole Schockfront, aber die dunkle Materie aus den beiden Clustern (in Blau) ist anscheinend einfach durcheinander gegangen. Da die überwiegende Mehrheit der gewöhnlichen Materie in Form von Gas vorliegt, erscheint es irgendwie seltsam, dass Gas und Masse nicht aneinander gereiht zu sein scheinen.
Dieser Effekt ist nicht nur auf Cluster beschränkt. Mein Freund Richard Massey und seine Mitarbeiter haben diese coole 3D-Ansicht der Dunklen Materie in einem Teil des Universums erstellt, indem sie sich viele, viele Hintergrundbilder aus verschiedenen Entfernungen angeschaut haben. Es ist jedoch die gleiche Grundidee wie bei der Messung von Clustern. Sie messen nur die Formen vieler, vieler kleiner Hintergrundgalaxien.
Bonusfrage: Woher wissen wir, dass Dunkle Materie nicht aus Schwarzen Löchern besteht?
Ich möchte mit einer Mini-Bonusfrage abschließen, die eng damit zusammenhängt: Woher wissen wir, dass die gesamte dunkle Materie nicht nur schwarze Löcher sind?
Wir können Linseneffekte sowohl lokal in unserer eigenen Galaxie als auch im weiteren Universum einsetzen. Es stimmt zwar, dass man Schwarze Löcher nicht direkt sehen kann, aber sie tun starke Gravitationsfelder haben. Angenommen, es gäbe genug sterngroße Schwarze Löcher in unserer Galaxie (außer dem riesigen in der Mitte), um die fehlende Masse auszugleichen. Gelegentlich, ziemlich oft, würde ein Schwarzes Loch vor einem Hintergrundstern vorbeiziehen. Dies wäre, als würde man vor der Sonne eine Lupe passieren, nur ohne die Bratameisen. Für einige Tage (oder Wochen) erscheint der Stern heller und verblasst dann in einem vorhersehbaren Muster auf die vorherige Helligkeit. Diese "Mikrolinsen"-Ereignisse sind ziemlich selten, aber sie kommen vor. Alles, was Sie tun müssen, ist Millionen von Sternen zu überwachen und darauf zu warten, dass einer von ihnen aufhellt.
Die juvenil benannten Projekte MACHO und OGLE haben genau das getan, und was sie herausgefunden haben, ist, dass zumindest unsere Galaxie keinen riesigen Schwarm schwarzer Löcher zu haben scheint, der die fehlende Masse ausmacht.
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Heute taucht Phil im Crashkurs Astronomie in einige sehr dunkle Dinge ein. Das Zeug, das wir im Universum tatsächlich beobachten können, ist nicht alles. Galaxien und andere große Strukturen im Universum werden durch eine Kraft erzeugt und verschoben, die wir meist indirekt wahrnehmen, indem wir ihren Aufprall beobachten: DARK MATTER.
Inhaltsverzeichnis
Normale und Dunkle Materie 0:55
Dunkle Materie interagiert nur durch Schwerkraft mit normaler Materie 4:27
Dunkle Materie beugt Licht 5:08
Einführung (0:00)
Viele Leute haben bemerkt, dass Astronomie ein demütigendes Unterfangen ist. Denn jedes Mal, wenn wir eine neue Entdeckung machen, befinden wir uns immer weiter von der Bedeutung entfernt.
Die Erde ist nur ein Planet unter vielen, die eine Sonne umkreist, die ein Stern unter Hunderten von Milliarden ist, draußen in den Vororten einer Galaxie, die einer von Hunderten von Milliarden mehr ist. Es ist leicht, sich ziemlich klein zu fühlen, wenn man all diese Pracht da draußen sieht. Und wir Astronomen machen es immer noch schlimmer, denn jetzt wissen wir, dass nicht einmal alles da ist, was wir sehen können ist.
Normale Materie, das Zeug, das dich und mich ausmacht und alles, was wir im Universum beobachten? Das ist nur ein kleiner Bruchteil dessen, was es tatsächlich gibt. Es ist Zeit, dass wir über einige sehr, sehr dunkle Dinge sprechen.
Rubin und Entdeckung der Dunklen Materie (0:55)
In den 1960er und 1970er Jahren beobachtete die Astronomin Vera Rubin Spiralgalaxien. Sie interessierte sich dafür, wie sie sich drehen, denn so kann man viel über eine Galaxie lernen. Denken Sie an das Sonnensystem. Im 17. Jahrhundert fand Johannes Kepler heraus, dass ein Planet umso langsamer umkreist, je weiter er von der Sonne entfernt ist. Isaac Newton hat dies mit Zahlen beziffert, indem er die Stärke der Sonnenanziehung berechnet, was bedeutet, dass wir wiederum die Masse der Sonne erhalten können.
Genauso bei Galaxien. Wenn Sie messen können, wie sie rotieren, wie schnell sich beispielsweise Gaswolken auf ihren Bahnen am Rand der Galaxie bewegen, können Sie die Masse der gesamten Galaxie berechnen. Galaxien sind so groß, dass Sie die Bewegung der Nebel nicht physisch sehen können, aber Sie können ihre Doppler-Verschiebung messen, die Ihnen ihre Geschwindigkeit gibt.
Was Rubin zu sehen erwartete, war, dass sich die Gaswolke umso langsamer bewegen würde, je weiter sie vom Zentrum der Galaxie entfernt war, genau wie sich von der Sonne entferntere Planeten langsamer auf ihren Bahnen bewegen. Was sie jedoch bekam, war das Gegenteil. Bei vielen Galaxien bewegten sich die Wolken umso schneller, je weiter man sich vom Zentrum entfernte! Selbst im besten Fall flachten die Geschwindigkeiten mit der Entfernung ab, wenn sie hätten abnehmen sollen.
Das bedeutete, dass die Schwerkraft der Galaxien über die gesamte Scheibe hinweg konstant war und nicht wie erwartet vom Zentrum abfiel. Aber das ist bizarr. Bilder der Galaxie zeigen, dass die Anzahl der Sterne und anderer massereicher Objekte deutlich geringer wurde, je weiter man sich vom Zentrum entfernte. Es gibt einfach nicht genug Masse weit außerhalb des Zentrums, um die schnellen Rotationsraten zu berücksichtigen. Oder nicht genug Masse von Dingen, die wir sehen können.
Die einzige Erklärung ist, dass es dunkles Material geben muss, das zur Gravitation beiträgt – etwas anderes als Gas, Sterne und Staub. Darüber hinaus muss die Galaxie in einen Halo aus diesem Material eingebettet sein, um die Formen der Rotationsgraphen richtig zu machen. Und davon muss es eine Menge geben. Rubin fand heraus, dass in Galaxien fünf- oder sechsmal so viel von diesem unsichtbaren Material vorhanden sein muss wie die sichtbare Materie.
Bereits in den 1930er Jahren hatte der Astronom Fritz Zwicky eine ähnliche Schlussfolgerung gezogen, indem er die Geschwindigkeiten von Galaxien in Galaxienhaufen maß. Die Mitgliedsgalaxien bewegten sich zu schnell, um im Haufen zu bleiben. Bei den gemessenen Geschwindigkeiten hätten sie weggeschleudert werden müssen. Daher, so folgerte er, muss in den Clustern viel mehr Schwerkraft vorhanden sein als nur durch das sichtbare Material.
Es stellte sich heraus, dass Zwickys Beobachtungen viel zu viel Unsicherheit enthielten, um solide Behauptungen aufzustellen. Er überschätzte die Menge an unsichtbarem Material gewaltig. Rubins Beobachtungen waren weitaus besser und genauer. Der Begriff Zwicky bezeichnete dieses mysteriöse Material jedoch als stecken geblieben, und wir verwenden es immer noch-- Dunkle Materie.
Im Laufe der Jahre haben weitere Beobachtungen nur Rubins Messungen bestätigt. Ähnliches Verhalten sehen wir beispielsweise in elliptischen Galaxien. Ironischerweise zeigen bessere Messungen der Geschwindigkeiten von Galaxienhaufen-Mitgliedern, dass sie sich tatsächlich zu schnell bewegen und dass Haufen auch dunkle Materie enthalten müssen. Zwicky hatte aus dem falschen Grund recht, und am Ende wird Rubin die Entdeckung zugeschrieben.
Natürlich wurde die Vorstellung, dass so viel Material im Universum dunkel sein muss, von Astronomen mit Skepsis aufgenommen. Alles gibt irgendeine Art von Licht ab, aber immer mehr Beobachtungen stützen die Existenz dunkler Materie.
Was ist Dunkle Materie? (3:52)
Was ist also dunkle Materie? Das war die große Frage. Astronomers were methodical. They listed every single thing they could think of that dark matter could possibly be: cold gas, dust, dead stars, rogue planets, everything. Even weird subatomic particles that were predicted to exist in quantum mechanics theories but never seen before.
Then they thought of ways they could detect these objects. Cold gas would emit radio waves, for example. But everything they tried came up empty. One by one they crossed objects off the list, and eventually, everything made of normal matter-- atoms and molecules, protons, electrons, and neutrons-- was eliminated. All that was left on the list was that truly bizarre stuff, those screwy subatomic particles no one had ever seen before.
One such particle is called an axion. They've never been detected, but their properties match what we see of dark matter. Axions have mass, so if you have a huge cloud of them, they'll have enough gravity to affect galaxies. They don't tend to emit much light, so even a huge cloud of them would be dark. And they have another weird property they don't interact with normal matter terribly well. An axion would pass right through you like you weren't there.
If dark matter were made of axions, then clouds of it can be enveloping clusters of galaxies and we'd never see them. If that's the case, how could we ever know if they're there or not? It turns out there is a way, but before I talk about that, we have to go over something pretty weird. Actually, several somethings weird.
Focus On: Gravitational Lensing (5:14)
As I mentioned in our black hole episode, one of Albert Einstein's big ideas was that space wasn't just emptiness between stars. In a sense, it was an actual thing, with all of matter and energy embedded in it. Although you have to be careful not to take the analogy too literally, in many ways, it acts like a fabric with everything stuck to it. This is more than just a theoretical construct it has real implications.
For one, what we perceive as gravity (the force pulling two objects together) was actually just a bending of this fabric of space, a warp. It's like a bowling ball sitting on a soft mattress. The surface of the mattress bends, and if you roll a marble past it, the path of the marble will curve.
This is true for light too. It's like having a bend in the road cars follow the bend as they move, and trucks do too. Everything does. With light, it doesn't bend nearly as much as matter does, but it does curve if it moves through space distorted by gravity. The more massive an object is, the more gravity it has, the more it warps space, and the more it can warp the path of a light beam.
You know what else bends light? A lens! So we call this effect Gravitationslinsen.
Now picture a cluster of galaxies. It has a lot of mass in a relatively small space, well in cosmic terms. If there's a galaxy on the other side of the cluster from us, much farther away, the light that more distant galaxy sends out gets bent on its way to us. The image of the galaxy can get smeared out, distorted, forming fantastic and weird shapes.
Einstein's equations tell us that the amount of bending depends on the mass of the cluster, so we can, in theory, measure the mass of the cluster by the distortion of objects behind it. Not only that, but it gives us a map of where that mass is.
Bullet Cluster Observations (6:49)
Astronomers used this method on a cluster of galaxies located about 3.5 billion light years away, called the Bullet Cluster. It's a very special object. It's actually not just a cluster, but a collision of two clusters. That's right, two huge groups of galaxies are physically colliding and may eventually merge to form one huge-r cluster.
When galaxies collide, they tend to pass through each other like ghosts, but in clusters, between the galaxies there are vast amounts of gas. When clusters collide, the gas in the two clusters does indeed smack into each other and gets incredibly hot. So hot, in fact, the gas will emit x-rays. This provides an interesting opportunity.
Optical-light images show the two clusters next to each other. They've already done one pass, in fact. The galaxies move though each other as expected. The gas in the clusters can't do that though, so you'd expect most of it to be between the galaxies, having slowed down as the clouds collided with each other, more or less head-on. Using the Chandra X-ray Observatory, astronomers could map out where that hot gas was, and as expected, it lies mostly between the galaxies, having slowed down after the collision. You can even see how the collision has shaped the gas, forming a bow shock in one cluster, like the waves of water created by a rapidly moving boat.
But there's more. Even though the Bullet Cluster is very far away, there are actually hundreds of galaxies even farther away that can be seen in the optical images. The gravity of the matter in the Bullet Cluster distorted those background galaxy images subtly. And by very carefully measuring that distortion, a map of all the mass in the Bullet Cluster was made. including dark matter.
If dark matter is made of axions, then you'd expect it to mostly be surrounding the sub-clusters themselves because, like the galaxies, the clouds of dark matter axions would pass right through each other. And when you do make the map, that's exactly what you see. The background galaxies show there's a lot of matter (shown here in violet) centered on the two clusters, but it's clearly not the hot gas seen by Chandra, and is giving off no light. It looks very much like dark matter.
Since the Bullet Cluster observations have been made, several other clusters have been observed showing the same sort of behavior. Attempts have been made to explain these clusters without using dark matter, but in the end, the simplest explanation looks to be the best one. The stuff we see isn't all the stuff there is.
To be honest, we still don't know what dark matter ist. Axions are one possibility, but others exist. Lots of experiments have been set up to try to detect the various flavors of subatomic particles, but the very nature of dark matter (it doesn't give off light and doesn't interact well with normal matter) makes it really hard to find. That's why it took so long to even know it existed in the first place.
Dark Matter's Effect on the Universe (9:26)
But even though it's incredibly elusive, it turns out that dark matter has had a profound effect on the universe. As we'll see in upcoming episodes, we're getting a pretty good idea of how the universe got its start and how it's evolved over the eons.
We think smaller objects formed first, clumping together into larger and larger structures. So stars formed first, then galaxies, then clusters. It turns out that larger structures would've had a hard time forming in the early universe as energy was blasted out by the newborn stars and galaxies. Bigger stuff couldn't aggregate due to all that heat.
That is, without dark matter. When you include dark matter in the physics, the structures we see in the universe können form. How about that? Something like 85% of the matter in the universe is stuff we can't see, can barely detect, and is made of something we know not what, but the largest structures in the cosmos owe their existence to it.
We humans can get a little arrogant thinking we occupy a special place in the universe. In a sense, we do, because most of the universe is cold empty space, and we live in a relatively warm and dense part of it. But the stuff that makes us up-- the protons, electrons and neutrons of normal matter-- that's in a serious minority when it comes to all the matter there is. In a way, Obi-Wan Kenobi was right there may not be an actual Force, but there is dark matter. It surrounds us and penetrates us, it binds the galaxy together.
Recap (10:48)
Today you learned that the kind of matter we see, what we call "normal matter" is only one kind of matter. There's also dark matter, which we cannot directly see, and which interacts with normal matter only through gravity. It affects how galaxies rotate, how galaxies move in clusters, and how large structures form in the universe. It can be detected in many ways, one of which is by seeing how its mass affects the path of light coming from distant galaxies as it passes through dark matter in galaxy clusters.
Credits (11:15)
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Celebrating The Dark Universe
This image combines visible light exposures of galaxy cluster Abell 2744 taken by the NASA/ESA Hubble Space Telescope and the European Southern Observatory's Very Large Telescope, with X-ray data from NASA's Chandra X-ray Observatory and a mathematical reconstruction of the location of dark matter.
This image combines visible light exposures of galaxy cluster Abell 2744 taken by the NASA/ESA Hubble Space Telescope and the European Southern Observatory's Very Large Telescope, with X-ray data from NASA's Chandra X-ray Observatory and a mathematical reconstruction of the location of dark matter.
Dark energy is here to stay. This year's Nobel Prize in Physics was given to a trio of astronomers who made an extraordinary discovery in 1998: that the universe not only is expanding, but it's doing so at an accelerated rate. Nobel Prize winner physicist Frank Wilczek called this "the most fundamentally mysterious thing in basic science." It's an understatement to say that when the accelerated universe was first announced, the physics and astronomy community were completely baffled. To a large extent, we still are, 13 years later. I'd like to use the blog today to put their discovery into context, exploring why dark energy is so bizarre.
But first, some presentations: Saul Perlmutter is an astrophysicist at the Lawrence Berkeley National Laboratory at the University of California, Berkeley Brian Schmidt, born in Montana, is an astronomer at the Research School of Astronomy and Astrophysics at the Australian National University and Adam Riess is a professor of Astronomy and Physics at the Johns Hopkins University, and a senior staff member at the Space Telescope Institute. Adam Riess and Brian Schmidt were part of the High-z Supernova Research Team, operating from telescopes in Cerro Tololo, Chile, while Permutter, who got half the prize, headed the Supernova Cosmology Project.
When physicists say the universe is expanding we don't mean that objects are flying off from a central point like shrapnel from an explosion. If that were the case, the universe would have a center, the point where the big bang happened, while — as in the case of the surface of a sphere — no point in the universe is more important than any other. So what do we mean?
The expansion of the universe is actually the expansion, or stretching, of space itself. We can picture this by imagining that space is like a rubber sheet, where galaxies are anchored. As the sheet stretches equally in all directions, it carries the galaxies along with it. If you are an observer in a galaxy, you will see the other galaxies moving away from you and conclude that the universe is expanding.
How, exactly, do we know galaxies are moving away from us? We measure their light (in the visible and other wavelengths, like infrared, ultraviolet, radio . ) using what is known as "standard candles," sources that have the same emission of light everywhere. For example, if you have 10 identical flashlights and spread them out in a dark field, the light will dim with the square of the distance from you. So, since the flashlights are identical, by measuring the intensity of their emitted light you can infer how far away they are. The biggest challenge for astronomers trying to see far away galaxies is precisely to find reliable standard candles that are powerful enough to be caught by their telescopes.
The triumph of the dark energy trio is to have found standard candles at galaxies really far away. So far, in fact, that their light had left them roughly five billion years ago, around the same time the sun and the earth were being formed from a primeval hydrogen cloud.
The standard candles they found are called supernovae Type Ia, amazingly powerful explosions that happen when one star sucks the matter from a neighboring one in a furious way, to a point where it can't support itself any longer. These supernova explosions are among the most powerful in the universe and, most importantly, show very little variation in brightness, to about 10 percent: just what is needed for a standard candle.
Once in possession of the candles, astronomers can also determine the velocity with which their host galaxies are receding from us. To do that, they use the Doppler shift, the change in the shape of waves that happens when their source moves. For example, when a truck blows its horn while approaching you, you hear a higher pitch (shorter wavelength), while if it blows its horn when moving away, the pitch will be lower (longer wavelength). The same happens with light waves: as the source moves away (as it would in an expanding universe), its light gets shifted toward the red. The faster the movement, the larger the change.
Putting the distance and velocity results together, astronomers can then determine how fast the universe is expanding at different moments of its history. Essentially, this is a cranked-up version of the technique that astronomer Edwin Hubble used in 1929 to establish the expansion of the universe. What the trio found was that the expansion, at about five billion years ago or so, became much faster, as if cosmic turbo engines were turned on. Something capable of accelerating the cosmos became dominant at about that time. The question is what was it?
Cosmology has advanced to such an extent that we now can say with confidence that the universe appeared 13.7 billion years ago and that it has been expanding ever since, fueled by its energy and matter content. More remarkably, there are three main ingredients to the cosmic recipe: ordinary matter, the atoms you and stars are made off, makes up only 4 percent of the total 23 percent comes in the form of dark matter, probably made of small particles that only interact with ordinary matter via gravity — we can "see" dark matter by the way it makes galaxies spin and how it bends light as it travels through space, but we still don't know what it is and finally, the rest, 73 percent of the stuff in the universe, is attributed to dark energy, the cause of the baffling cosmic acceleration. So, what the trio discovered in 1998 is the dominant source of energy in the cosmos, powerful enough to make it stretch faster than the speed of light.
"What?" you say. "How can something go faster than light? Are these neutrinos?" Not at all. The laws of physics as we know them prohibit particles of matter (including neutrinos) from traveling faster than light, but not space itself. It can stretch faster than light without any problem.
The challenge now is to determine what could be the source of this expansion, that is, to determine the nature of dark energy. As I mentioned here last week, it could be related to Einstein's cosmological constant which, in turn, could be related to ephemeral energy fluctuations predicted to occur even in empty space (in the vacuum) by quantum theory or it could be some new force of nature, related to an undiscovered field or it could point to the need to revise Einstein's theory of general relativity, which encompasses our current understanding of gravity. At this point, all bets are off. Which makes the coming years extremely exciting for cosmology. Whatever dark energy turns out to be, the answer is bound to redefine the way we think about the relation between space, time and matter.
You can keep up with more of what Marcelo is thinking on Facebook.
What is dark matter?
Dark matter is a theoretical type of matter which solves the missing mass issue.
Erläuterung:
Observations of how stars rotate around galaxies produced a problem. The visible matter in the galaxy is not enough to explain the way the stars orbit the galaxy. Additional mass is required to explain this.
In fact ordinary matter is now thought to account for only about 5% of the mass-energy in the universe. The rest is thought to be dark matter and dark energy.
Dark energy is another theoretical concept which explains the expansion of the universe.
Dark matter was devised to account for much of the missing mass in the universe. It doesn't interact with normal matter except through gravity and possibly the weak force.
(In the photo, the arc or lensing effect is caused due to Dark matter.)
The most accepted theory is that dark mater consists of as yet undiscovered particles such as Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs). There is as yet no evidence of any such particle.
Some physicists are attempting to eliminate the need for dark matter by modifying our laws of physics to explain the orbits of stars in large structures such as galaxies.
Another theory, which I particularly like, is that dark matter is made up of black holes.
