Na tragu neobičnim materijama kosmosa~tamna materija

   

 

 

    “ Veoma smo uzbuđeni jer verujemo da smo na pragu velikog otkrića", izjavio je ovih dana Majkl Tarner, direktor Instituta „Kavli" za kosmološku fiziku Univerziteta u Čikagu, na godišnjoj konferenciji Američkog udruženja za unapređenje znanja (AAAS). “Sada shvatamo da misteriozna tamna materija drži na okupu našu galaksiju i ostatak univerzuma,”  dodajući da naučnici imaju čvrste dokaze da se tamna materija sastoji od nečeg novog, što ne odgovara nijednoj čestici iz Standardnog modela. Da li će naučnici uspeti  da za nekoliko nedelja objave prve nalaze o  tamnoj materiji?

"Kopernikova revolucija je utvrdila da Zemlja nije centar svemira. Njutnova fizika je dokazala da se planete kreću u skladu sa jednostavnim mehanizmima, a ne zahvaljujući božanskoj volji. Ajnštajnova relativnost nam je pokazala da u kosmosu ne važe apsolutne vrednosti; sve zavisi od toga ko vrši merenja, kako i pod kakvim uslovima. Mada je u stanju da stane u veći vojni ranac, Vilkinsonov satelit je XXI veku dao potpuno novu kosmologiju.On je taj zahvaljujući kom je potvrđeno  da je sve ono od čega smo sačinjeni ili što možemo da izmerimo – od atoma do energije – čini jedva 4 procenta svega. Ostatak čini tamna materija i najvećim delom, tamna energija. Živimo u jednom neprestanom prasku. On nikada nije prestao – štaviše, naš prirodni habitat je prasak. Tri četvrtine kosmosa je posvećeno tome da ostane otvoren. Taj gigantski mehanizam funkcionise od samog početka i uvek će tako biti. U samoj prirodi svemira je tendencija da se neprestano širi.

 
Tri komponenta formiraju  Svemir - obična materija, tamna materija i tamna energija. Mi možemo videti samo običnu materiju, od koje se sastaju sve stvari i mi sami. Njen udeo je neverovatno mali - svega 4 do 5 posto vasionske mase. Ostalih 95 posto, kao što se kaže, ne može “da se dotakne”. Udeo tamne materije  se procenjuje na 23% čitave materije ( do 5%).  to je veliki deo , to jest segment kosmosa o kome ne znamo ništa. bez njega Svemir ne bi postojao u ovom obliku, on bi se naprosto raspao. Naime sposobnost grupisanja materije u grumenove ,samoprivlačenje, povezana je u znatnoj meri sa uticajem tamne materije, jer ona ima gravitaciona svojstva. Osobina tamne materije se sastoji u tome, što ona nema elektromagnetsko zračenje i ne kontaktira s njim.

      ČESTICE TAMNE MATERIJE  

Teorija o tamnoj materiji nastala je pre 80 godina kada je švajcarski astrofizičar Fric Zviki otkrio da u svemiru ne postoji dovoljno vidljive materije kojoj bi se pripisala trenutna jačina gravitacione sile unutar i između galaksija. Od tada astronomi, kosmolozi i fizičari tražili su odgovor na pitanja šta bi ta materija mogla da bude. Prema dosadašnjim proračunima tamna materija može da se sastoji od veoma teških čestica koje su oko deset puta teže od Higsove čestice, tj. oko hiljadu puta teže od protona. One imaju vrlo jedinstvena svojstva i nemaju interakciju sa „normalnim“ česticama, tj. vidljivom materijom. Pretpostavlja se da su to u tzv. EGZOTIČNE ČESTICE ,WIMP-ove (“slabo reaktivne masivne čestice”).One imaju sposobnost da ponište jedna drugu kada dođu u dodir, jer se veruje da su istovremeno sopstvene antičestice. (Kada se čestice materije i njihovi antipodi oličeni u delićima antimaterije susretnu, oni se međusobno unište

.

NEUTRALINO


Kandidat nr. 1 za WIMP  je neutralino, jedna hipotetična čestica 100 GeV – 1 TeV .Njega predviđa teorija pod nazivom supersimetrija koju su predložili fizičari da bi objasnili zapažanja koja ne može da objasni standardni model. .jedna od glavnih prednosti ove teorije je  upravo u tomešto objašnjava tamnu materiju.Prema njoj svaka čestica koja nam je poznata ima veliki broj težih srodnika.čestica sa istim karakteristikama ali mnogo većom masom.Neutralino je najlakša  među njima.Akceleratori čestica do sada nisu bili u stanju da stvore ili primete neku od ovih čestica. Iako nikada ne bismomogli da vidimo neutraline, oni bi se možda otkrili ako bi bili pritisnuti jedni uz druge uz dovoljnu primenu sile.Tada bi se poništili uz oslobađanje gama zraka.   Čestice su veoma rasute i nemaju međusobno delovanje„
Glavno pitanje je zašto tamna materija ima šest puta veću energiju od obične materije”, ukazao je Lisa Randal sa Harvarda, navodeći da bi to mogao da bude znak da postoji neka druga interakcija koju naučnici ne mogu da utvrde.

AKSIONI


je kandidat nr.2. aksion. Aksioni su čestice postulirane 1977. i nazvane po deterdžentu za pranje odeće"Aksion",
Aksioni spadaju u grupu hipotetskih čestica vrlo male mase te vrlo slabog međudelovanja s materijom (skupina bozona). Prema Einsteinu, masa je u izravnoj vezi s energijom te možemo zaključiti kako je potrebno vrlo malo energije za njihov nastanak. “Postojanje aksiona nije dokazano, no smatra se vrlo verovatnim”, kaže Daniel Grumiller. 

U kvantnoj fizici, svaka je čestica opisana i kao val. Ta pojava se naziva i dualnost jer je čestica ponekada čestica a nekada val.  Teške čestice imaju male valne dužine, dok bi aksioni zbog svoje male energije mogli imati kilometarske valne dužine. Rezultati koje su dobili Grumiller i Mocanu, na osnovu radova Asmine Arvanitaki i Sergeja Dubovskog (SAD/Rusija) pokazali su kako aksioni mogu mogu da okruže čitavu crnu rupu, slično kao što elektroni kruže oko jezgre atoma. Umesto elektromagnetske sile, koja veže elektrone i atomsku jezgru, ovde bi na delu bila druga fundamentalna sila svemira – gravitacija – koja bi u ovom slučaju bila kohezivni faktor između aksiona i crne rupe.

Aksioni  spadaju u bozone (čestice celobrojnog spina), što znači da mnogi od njih mogu istovremeno zauzeti isto kvantno stanje. Oni mogu stvoriti tzv. “bozonski oblak” koji okružuje crnu rupu. Ovaj oblak kontinuirano usisava energiju iz crne rupe te povećava broj samih aksiona u oblaku.

Iako bozoni mogu koegzistirati, tzv. „bozonski oblak“ nije nužno stabilna forma. ”Baš poput peščanih dina, koje i zbog jednog zrna peska mogu vrlo lako skliznuti, tako i ovaj oblak čestica može iznenadno propasti”, kaže Daniel Grumiller. Uzbudljiva stvar tog kraha je to da se bose-nova može izmeriti. Ovaj bi događaj zavibrirao kroz prostor i vreme te bi emitovao gravitacijske valove. Detektor za gravitacijske valove već postoji te se očekuje da će se 2016. godine postići tačnost u kojoj bi gravitacijski valovi bili  otkriveni.


HLADNA ILI TOPLA MATERIJA   Postoji velika dilema, da li je tamna materija hladna ili topla. S tim pojmovima zapravo se označava brzina još nepoznatih čestica koje tvore tamnu materiju.  Hladna tamna materija, na engleskome cold dark matter (CDM), sastoji se od masivnih čestica koje imaju malu brzinu u poređenju  s brzinom svetlosti. Manje masivne čestice koje čine toplu tamnu materiju, engl. warm dark matter (WDM), putuju znatno većim brzinama. Svojedobno je bila „u igri“ i takozvana vruća tamna materija, engl. hot dark matter (HDM), koju bi tvorile čestice koje se kreću vrlo velikim brzinama usporedivim s brzinom svetlosti. Međutim novija astronomska opažanja odbacila su mogućnost njenog postojanja.   _______________________________________________

Grafički prikaz kompjuterske simulacije zgušnjavanja tamne materije u mladom svemiru. U slučaju hladne tamne materije (a) nastaju vlakna koja se raspadnu na sferične strukture. U slučaju tople tamne materije (b) vlakna bivaju očuvana. Na slici c prikazana je temperatura, a na slici d gustoća plinastih oblaka, koji se kondenziraju duž vlakna, označenog okvirom na slici b. Od tog su plina, naravno u   kompjuterskom   modelu, nastale prve zvezde s razmerno malom masom (ilustracija: Volker Springel/Durham University/Science).
__________________________________________   Za obične aparate je tamna materija nevidljiva. Međutim, mereći brzinu okretanja galaksija, astronomi su videli da se ona ne smanjuje pri kretanju od centra prema periferiji, kako bi bilo da je postojala samo obična, svetleća supstanca. Takvo ponašanje brzine okretanja galaksija naučnici su povezali s tim  da  postoji neka nevidljiva materija, koja održava brzinu, odnosno, sila teže se ne smanjuje. Dakle, u vanjskim galaksijama je bila otkrivena komponenta, koja je nazvana tamnom materijom. To je ono, što vuče, ali mi to nešto ne vidimo. Slikovitije rečeno tamna materija  ispunjava prostor između galaksija i između zvezda u galaksijama, ona je neka vrsta skele bez koje  galaksije ne mogu nastati . Po tom modelu galaksije  bi trebalo da se nalaze nasumično i u svim smerovima. Postoje i teorije koje predlažu redefinisanje kosmologije, i po kojima ne postoji tamna materija ( Bonska grupa naučnika ) . Problem usložnjavaju dosadašnje simulacije nastanka galaksija koje su nepotpune.   ______________________________________________


EVOLUCIJA TAMNE MATERIJE

Tri preseka kroz evoluciju tamne materije. Svaki panel predstavlja površinu neba koja je 9 puta veća od ugaonog prečnika punog Meseca. Ovo je napravio HST tokom najvećeg pregleda univerzuma do sada, Cosmic Evolution Survey ("COSMOS"). Tom prilikom, HST je fotografisao 575 susednih i donekle preklapajućih zona kosmosa koristeći svoju širokougaonu kameru (Advanced Camera for Surveys, ACS). Za snimanje je potrošeno preko 1.000 sati. Udaljenost galaksija je dobijena na osnovu spektralnog crvenog pomaka, uz pomoć japanskog teleskopa "Subaru" na Havajima. U slici se nalazi oko 500.000 galaksija. Tim je predvodio Richard Massey sa 'California Institute of Technology' u Pasadeni. Korišćeni su i podaci sa zemaljskog X-teleskopa ESA, XMM-Newton. Za sada se smatra da tamna materija služi kao "skelet" za strukture svetle materije velikih razmera.
 _____________________________________________



   


   „Tamna materija predstavlja izazov za takozvani Standardni model fizike, koji pomaže u utvrđivanju čestica i sila koje utiču na naš svakodnevni život, ali je nedovoljan za razumevanje celokupnog kosmosa. Standardni model, na primer, ne objašnjava gravitaciju i opisuje svega četiri ili pet odsto materije u univerzumu. Ostalo su tamna materija, koja čini 23 odsto kosmosa, i tamna energija, misteriozna sila za koju se veruje da utiče na širenje univerzuma i koja predstavlja 72 do 73 odsto kosmosa. Teorija o tamnoj materiji nastala je pre 80 godina kada je švajcarski astrofizičar Fric Zviki otkrio da u svemiru ne postoji dovoljno vidljive materije kojoj bi se pripisala trenutna jačina gravitacione sile unutar i između galaksija. Prema nekim teoretičarima, tamnu materiju čine egzotične čestice zvane „vimps”, koje imaju slabu interakciju sa vidljivom materijom. „Glavno pitanje je zašto tamna materija ima šest puta veću energiju od obične materije”, ukazao je Lisa Randal sa Harvarda, navodeći da bi to mogao da bude znak da postoji neka druga interakcija koju naučnici ne mogu da utvrde.

 

METODE I INSTRUMENTI  

U potrazi za ovim fantomskim ćelijama, fizičari koriste nekoliko metoda i instrumenata. Jedan od tih instrumenata je  Alfa magnetski spektrometar (AMS), koji se nalazi na Međunarodnoj svemirskoj stanici i koji vrši analizu gama zraka koji nastaju sudaranjem čestica tamne materije.

  AMS-02   AMS-02 teži sedam tona, visok je oko četiri metra visok. Instrument je dizajniran za potragu za raznim vrstama neobične materije merenjem kosmičkog zračenja.On je posebno namenjen potrazi za antimaterijom (antiprotoni, pozitroni i anti-helij čestice) i tamnom materijom. Čestice kosmičkog zračenja se privlače snažnim magnetom 0,125 T i njim se može uhvatiti oko dve hiljade čestica u sekundi .
Glavni istraživač i pokretačka snaga projekta je dobitnik Nobelove nagrade Samuel Ting. Instalacije za hlađenje detektora čestica je dizajnirao Nikhef, a razvijen je i izgrađen od strane Nacionalnog Aerospace Laboratory (NLR). Rashladni sistem mora osigurati da detektor sagrađen od silicijuma (silicija tracker) zadrži stalnu temperaturu čuva nezavisno od položaja ISS-e u prostoru u odnosu na sunce. Ispitivanje detektora je provedeno u Evropskom svemirskom istraživačkom i tehnološkom centru (European Space Research and Technology Centre -ESTEC) u Noordwijku.CERN aktivno učestvuje u projektu.


Drugi instrument koji naučnici koriste je Opservatorija na Južnom polu, koja traga za subatomskim česticama koje, po mišljenju naučnika, nastaju kada tamna materija prolazi kroz sunce i u interakciju sa protonima. Još jedan moćni instrument u službi ovog projekta je i Veliki hadronski kolajder (LHC) blizu Ženeve, najveći sudarač čestica na svetu, čija bi snaga, smatraju naučnici, mogla da razbija elektrone, kvarkove i neutrine, radi otkrivanja tamne materije.
 _________________________________


TAMNA MATERIJA 3d

  

 
Astronomi agencija NASA i ESA koji rade na teleskopu Habl (Hubble) prvi su put istražili tamnu materiju snimljenu u 3D, prenosi T portal. Analizirani filament proteže se kroz 60 miliona svetlosnih godina u jednom od najvećih poznatih grozdova galaksija, i dEo je svemirske mreže koja je ostatak iz prvih momenata nakon velikog praska. Ako merenja njegove mase važe i za ostatak svemira, ove strukture bi mogle da sadrže više od pola ukupne mase-energije svemira. Teorija predviđa da su u prvim trenucima nakon velikog praska varijacije u gustini materije uzrokovale njenu kondenzaciju u mrežu isprepletenih filamenata. Ideju su kasnije potvrdile kompjuterske simulacije, a prvi uverljivi dokazi postojanja filamenata otkriveni su ove godine. U novom istraživanju, astronomi su otišli korak dalje i analizirali strukturu filamenta MACS J0717 u tri dimenzije, čime su eliminisali mnoge zamke koje postavljaju dvodimenzionalne analize. Prvo, teorije predviđaju da grozdovi galaksija nastaju na mestima na kojima se filamenti sreću, jer tamna materija tamo uzrokuje nakupljanje materije. Drugo, nakupine tamne materije, iako je nevidljiva, mogu se otkrivati na osnovu efekta gravitacijskog sočiva. Naime, još je Albert Ajnštajn predvidEo da velike mase mogu skretati putanje svetlosti i tako delovati poput velikih sočiva. Za snimanje deformacija galaksija, čiju je svetlost tamna materija, iskrivila bilo je potrebno dobiti snimke u izuzetno visokoj rezoluciji. Konačno, naučnici su uspeli da izmere udaljenosti i kretanje galaksija. Naime, Hablovi snimci grozda predstavljaju najbolje dvodimenzionalne karte filamenta. Međutim, za utvrđivanje 3D struktura bila su neophodna dodatna posmatranja, među kojima i slike u boji, te merenja brzina hiljada galaksija dobijena spektrometrima. Rezultati istraživanja prevazišli su teorijska predviđanja. S dužinom od 60 miliOna svetlosnih godina, filament MACS J0717 je ekstremno velik čak i na astronomskoj lestvici. Ako je njegova izmerena masa reprezentativna i za obližnje velike grozdove, onda bi difuzne veze među čvorovima kosmičke mreže mogle da sadrže više mase u obliku tamne materije nego što teorije predviđaju – tačnije, više od polovine svemira. Naučnici su do sada pretpostavljali da tamna materija sadrži oko 23 odsto ukupne mase-energije svemira, a tamna energija oko 73 odsto .

Izvori za post su bezbrojni.Obzirom da ni jedan nije korišćen u celini nisam ih navodila.