De vraag naar de oorsprong van het heelal, zijn verleden en toekomst baart mensen sinds onheuglijke tijden zorgen. Gedurende vele eeuwen zijn er theorieën ontstaan en weerlegd, die een beeld van de wereld bieden op basis van bekende gegevens. Een fundamentele schok voor de wetenschappelijke wereld was de relativiteitstheorie van Einstein. Ze heeft ook een enorme bijdrage geleverd aan het begrijpen van de processen die het heelal vormen. De relativiteitstheorie kon echter niet claimen de ultieme waarheid te zijn, die geen toevoegingen vereist. Door verbeterde technologieën konden astronomen voorheen ondenkbare ontdekkingen doen die een nieuwe theoretische basis of een aanzienlijke uitbreiding van bestaande voorzieningen vereisten. Een voorbeeld van zo'n fenomeen is donkere materie. Maar de eerste dingen eerst.
Gevallen van vervlogen tijden
Om de term 'donkere materie' te begrijpen, gaan we terug naar het begin van de vorige eeuw. In die tijd domineerde het idee van het heelal als een stationaire structuur. Ondertussen ging de algemene relativiteitstheorie (GR) ervan uit dat vroeg of laat de aantrekkingskracht zou leiden tot het "kleven" van alle ruimtevoorwerpen in een enkele bal, het zou als volgt gebeurenzwaartekracht ineenstorting genoemd. Er zijn geen afstotende krachten tussen ruimtevoorwerpen. Wederzijdse aantrekkingskracht wordt gecompenseerd door middelpuntvliedende krachten die een constante beweging van sterren, planeten en andere lichamen creëren. Op deze manier wordt de balans van het systeem behouden.
Om de theoretische ineenstorting van het heelal te voorkomen, introduceerde Einstein een kosmologische constante - een waarde die het systeem in de noodzakelijke stationaire toestand brengt, maar die tegelijkertijd wordt uitgevonden zonder duidelijke redenen.
Het uitdijende heelal
De berekeningen en ontdekkingen van Friedman en Hubble hebben aangetoond dat het niet nodig is om de harmonieuze vergelijkingen van de algemene relativiteitstheorie te schenden met behulp van een nieuwe constante. Het is bewezen, en vandaag staat dit feit praktisch buiten twijfel, dat het heelal uitdijt, het heeft ooit een begin gehad en er kan geen sprake zijn van stationariteit. Verdere ontwikkeling van de kosmologie leidde tot de opkomst van de oerkn altheorie. De belangrijkste bevestiging van de nieuwe aannames is de waargenomen toename van de afstand tussen sterrenstelsels in de tijd. Het was de meting van de snelheid waarmee aangrenzende ruimtesystemen van elkaar verwijderd werden en leidde tot de vorming van de hypothese dat er donkere materie en donkere energie is.
Gegevens komen niet overeen met theorie
Fritz Zwicky in 1931, en vervolgens Jan Oort in 1932 en in de jaren zestig, telden de massa van de materie van sterrenstelsels in een verre cluster en de verhouding daarvan met de snelheid waarmee ze van elkaar verwijderd werden. Van tijd tot tijd kwamen wetenschappers tot dezelfde conclusies: deze hoeveelheid materie is niet genoeg om de zwaartekracht die daardoor ontstaat vast te houdensamen sterrenstelsels die met zulke hoge snelheden bewegen. Zwicky en Oort suggereerden dat er een verborgen massa is, de donkere materie van het heelal, waardoor ruimtevoorwerpen niet in verschillende richtingen kunnen verstrooien.
De hypothese werd echter pas in de jaren zeventig erkend door de wetenschappelijke wereld, na de bekendmaking van de resultaten van het werk van Vera Rubin.
Ze bouwde rotatiecurven die duidelijk de afhankelijkheid van de bewegingssnelheid van de materie van de melkweg demonstreren van de afstand die het scheidt van het centrum van het systeem. In tegenstelling tot de theoretische aannames, bleek dat de snelheden van sterren niet afnemen naarmate ze zich van het galactische centrum verwijderen, maar toenemen. Dergelijk gedrag van de armaturen kan alleen worden verklaard door de aanwezigheid van een halo in de melkweg, die is gevuld met donkere materie. Astronomie wordt dus geconfronteerd met een volledig onontgonnen deel van het universum.
Eigenschappen en samenstelling
Donker dit soort materie wordt genoemd omdat het op geen enkele bestaande manier kan worden gezien. Zijn aanwezigheid wordt herkend door een indirect teken: donkere materie creëert een zwaartekrachtveld, maar zendt niet volledig elektromagnetische golven uit.
De belangrijkste taak die zich voordeed voor wetenschappers was om een antwoord te krijgen op de vraag waar deze materie uit bestaat. Astrofysici probeerden het te "vullen" met de gebruikelijke baryon-materie (baryon-materie bestaat uit min of meer bestudeerde protonen, neutronen en elektronen). De donkere halo van sterrenstelsels omvatte compacte, zwak stralende sterren van het typebruine dwergen en enorme planeten dicht bij Jupiter in massa. Deze veronderstellingen hebben echter geen stand gehouden bij het onderzoek. Baryon-materie, bekend en bekend, kan dus geen rol van betekenis spelen in de verborgen massa van sterrenstelsels.
Vandaag de dag is de natuurkunde op zoek naar onbekende componenten. Het praktische onderzoek van wetenschappers is gebaseerd op de theorie van supersymmetrie van de microkosmos, volgens welke voor elk bekend deeltje er een supersymmetrisch paar is. Dit zijn degenen die donkere materie vormen. Er is echter nog geen bewijs voor het bestaan van dergelijke deeltjes verkregen, misschien is dit een zaak voor de nabije toekomst.
Donkere energie
De ontdekking van een nieuw type materie maakte geen einde aan de verrassingen die het universum voor wetenschappers had voorbereid. In 1998 hadden astrofysici nog een kans om de gegevens van theorieën te vergelijken met de feiten. Dit jaar stond in het teken van de explosie van een supernova in een sterrenstelsel ver van ons vandaan.
Astronomen hebben de afstand tot de ster gemeten en waren buitengewoon verrast door de verkregen gegevens: de ster vlamde veel verder op dan hij volgens de bestaande theorie had moeten zijn. Het bleek dat de uitdijingssnelheid van het heelal met de tijd toeneemt: nu is het veel hoger dan 14 miljard jaar geleden, toen de oerknal zogenaamd plaatsvond.
Zoals je weet, moet het lichaam energie overdragen om de beweging te versnellen. De kracht die ervoor zorgt dat het universum sneller uitdijt, staat bekend als donkere energie. Dit is niet minder mysterieus deel van de kosmos dan donkere materie. Het is alleen bekend dat het kenmerkend isuniforme verdeling door het heelal, en de impact ervan kan alleen op enorme kosmische afstanden worden geregistreerd.
En weer de kosmologische constante
Donkere energie heeft de oerkn altheorie door elkaar geschud. Een deel van de wetenschappelijke wereld staat sceptisch tegenover de mogelijkheid van een dergelijke stof en de versnelling van de expansie die daardoor wordt veroorzaakt. Sommige astrofysici proberen de vergeten kosmologische constante van Einstein nieuw leven in te blazen, die opnieuw uit de categorie van een grote wetenschappelijke fout kan gaan in het aantal werkhypothesen. Zijn aanwezigheid in de vergelijkingen creëert anti-zwaartekracht, wat leidt tot een versnelling van de expansie. Sommige gevolgen van de aanwezigheid van de kosmologische constante komen echter niet overeen met de waarnemingsgegevens.
Tegenwoordig zijn donkere materie en donkere energie, die de meeste materie in het universum uitmaken, mysteries voor wetenschappers. Er is geen eenduidig antwoord op de vraag over hun aard. Bovendien is dit misschien niet het laatste geheim dat de ruimte voor ons achterhoudt. Donkere materie en energie kunnen de drempel worden voor nieuwe ontdekkingen die ons begrip van de structuur van het heelal kunnen veranderen.
