Wszechświat jest wypełniony miliardami galaktyk i trylionami gwiazd, a także prawie niezliczoną liczbą planet, księżyców, asteroid, komet oraz chmur pyłu i gazu - wszystko wiruje w przestrzeni kosmicznej.
Ale jeśli powiększymy, jakie są budulce tych ciał niebieskich i skąd one pochodzą?
Wodór jest najczęstszym pierwiastkiem występującym we wszechświecie, a następnie helem; razem tworzą prawie całą zwykłą materię. Ale to tylko niewielki wycinek wszechświata - około 5%. Cała reszta składa się z rzeczy, których nie widać i można je wykryć tylko pośrednio.
Głównie wodór
Wszystko zaczęło się od Wielkiego Wybuchu, około 13,8 miliarda lat temu, kiedy ultra-gorąca i gęsto upakowana materia nagle i gwałtownie rozszerzyła się we wszystkich kierunkach naraz. Milisekund później, nowonarodzony wszechświat był falującą masą neutronów, protonów, elektronów, fotonów i innych cząstek subatomowych, krążących według około 100 miliardów stopni Kelvina, według NASA.
Jak mówi Neta Bahcall, profesor astronomii, każda cząstka materii, która składa się na wszystkie znane elementy układu okresowego - i każdy obiekt we wszechświecie, od czarnych dziur, przez masywne gwiazdy po drobinki pyłu kosmicznego - została stworzona podczas Wielkiego Wybuchu. na Wydziale Nauk Astrofizycznych na Princeton University w New Jersey.
„Nie znamy nawet praw fizyki, które istniałyby w tak gorącym, gęstym środowisku”, powiedział Bahcall Live Live.
Około 100 sekund po Wielkim Wybuchu temperatura spadła do wciąż wrzącego 1 miliarda stopni Kelvina. Około 380 000 lat później wszechświat schłodził się wystarczająco, aby protony i neutrony złączyły się i utworzyły lit, hel i izotop wodoru deuter, podczas gdy wolne elektrony zostały uwięzione, tworząc neutralne atomy.
Ponieważ we wczesnym wszechświecie kręciło się tak wiele protonów, wodór - najlżejszy pierwiastek, z tylko jednym protonem i jednym neutronem - stał się najliczniejszym pierwiastkiem, stanowiąc prawie 95% atomów wszechświata. Według NASA prawie 5% atomów wszechświata to hel. Następnie, około 200 milionów lat po Wielkim Wybuchu, pierwsze gwiazdy uformowały się i wytworzyły resztę pierwiastków, które stanowią ułamek pozostałego 1% całej zwykłej materii we wszechświecie.
Niewidoczne cząstki
Podczas Wielkiego Wybuchu powstało coś jeszcze: ciemna materia. „Ale nie możemy powiedzieć, jaką formę przyjął, ponieważ nie wykryliśmy tych cząstek” - powiedział Bahcall Live Live.
Bahcall powiedział, że ciemnej materii nie można obserwować bezpośrednio - jeszcze - ale jej odciski palców są zachowane w pierwszym świetle wszechświata lub w kosmicznym mikrofalowym promieniowaniu tła (CMB), jako niewielkie fluktuacje promieniowania. Naukowcy po raz pierwszy zaproponowali istnienie ciemnej materii w latach 30. XX wieku, teorii, że niewidoczne przyciąganie ciemnej materii musi być tym, co łączy ze sobą szybko poruszające się gromady galaktyk. Dziesiątki lat później, w latach 70. XX wieku, amerykańska astronomka Vera Rubin znalazła więcej pośrednich dowodów ciemnej materii w szybszych niż oczekiwano prędkościach obrotowych gwiazd.
Na podstawie ustaleń Rubina astrofizycy obliczyli, że ciemna materia - chociaż nie można jej zobaczyć ani zmierzyć - musi stanowić znaczną część wszechświata. Ale około 20 lat temu naukowcy odkryli, że wszechświat zawiera coś jeszcze dziwniejszego niż ciemna materia; ciemna energia, która jest uważana za znacznie większą niż materia lub ciemna materia.
Nieodparta siła
Odkrycie ciemnej energii nastąpiło, ponieważ naukowcy zastanawiali się, czy we wszechświecie jest wystarczająca ilość ciemnej materii, aby spowodować ekspansję, która wypluwa się lub odwraca kierunek, powodując zapadanie się wszechświata do wewnątrz.
I oto, kiedy zespół badaczy zbadał to pod koniec lat 90. XX wieku, odkrył, że wszechświat nie tylko sam się zapada, ale rozszerza się na zewnątrz w coraz szybszym tempie. Grupa stwierdziła, że nieznana siła - nazwana ciemną energią - naciska na wszechświat w pozornej pustce przestrzeni i przyspiesza jej pęd; odkrycia naukowców przyniosły fizykom Adamowi Riessowi, Brianowi Schmidtowi i Saulowi Perlmutterowi nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 2011 r.
Modele siły wymaganej do wyjaśnienia tempa przyspieszania ekspansji wszechświata sugerują, że ciemna energia musi stanowić między 70% a 75% wszechświata. Tymczasem ciemna materia stanowi około 20% do 25%, podczas gdy tak zwana zwykła materia - rzeczy, które faktycznie możemy zobaczyć - szacuje się, że stanowi mniej niż 5% wszechświata, powiedział Bahcall.
Biorąc pod uwagę, że ciemna energia stanowi około trzech czwartych wszechświata, wiedząc, że jest to prawdopodobnie największe wyzwanie, przed którym stoją obecnie naukowcy, astrofizyk Mario Livio, a następnie z Space Telescope Science Institute na Johns Hopkins University w Baltimore w stanie Maryland, powiedział siostrzanej witrynie Live Science Space.com w 2018 roku.
„Podczas gdy ciemna energia nie odgrywała w przeszłości ogromnej roli w ewolucji wszechświata, będzie odgrywać dominującą rolę w ewolucji w przyszłości”, powiedział Livio. „Los wszechświata zależy od natury ciemnej energii”.
