Rieth József: Anyagvilág - Háttérismeret

Sötét anyag

Tartalomjegyzékhez Világképem <    (Kvark-..., Hadron-..., Anyag-időszak)     

 

A sötét anyag olyan anyagfajta, amely csillagászati műszerekkel közvetlenül nem figyelhető meg, mert semmilyen elektromágneses sugárzást nem bocsát ki és nem nyel el, jelenlétére csak a látható anyagra és a háttérsugárzásra kifejtett gravitációs hatásból következtethetünk. Az Univerzum tömegének csupán 4,6%-át alkotja a megfigyelhető anyag, 23% a sötét anyag aránya, és 72% a sötét energia.

2006-ban a cambridge-i kutatók új információkkal szolgáltak ezen a téren, amikor 12 törpegalaxist vizsgáltak, amelyek a Tejút szélét szegélyezik.

A világ legnagyobb távcsövein, köztük a chilei Very Large Telescope berendezésen több száz órányi kutatási időt vásároltak, hogy részletes 3D térképet készítsenek a galaxisokról. A vizsgálatok során a csillagok mozgása alapján igyekeztek a sötétanyag viselkedésére következtetni, illetve a súlyát pontosan megmérni.

Mintegy 7 ezer egyedi mérés segítségével a kutatók végül arra jutottak, hogy a megvizsgált törpegalaxisok mintegy 400-szor több sötét anyagot tartalmaznak, mint hétköznapi anyagot.

Sokkal forróbb

"A sötét anyag eloszlása köszönő viszonyban sincsen azzal, ami mostanáig a szakirodalomban olvasható volt a témában" - jelentette ki Gilmore. Hatalmas mennyiségben van jelen, akár a nap tömegének 30 milliószorosát is elérheti.

"Úgy tűnik, hogy 300 parsecnél (1000 fényévnél) kisebb helyet nem tud elfoglalni, az anyag egyszerűen nem engedi. Ez egyben utal a részecskék másodpercenként mintegy 9 kilométert elérő sebességére. Túl gyorsan mozognak ahhoz, hogy kisebb térbe lehessen őket tömöríteni. Ez az első tulajdonság a létezésen kívül, amit fel tudtunk deríteni" - jelentette ki a kutató.

A sebesség nagy meglepetésnek számít. A jelenlegi elméletek szerint a sötét anyag részecskéi hidegek, másodpercenként alig néhány millimétert mozognak. Az új eredmények szerint viszont forróak, elérhetik a 10 ezer fokot.

Ha ez a hőmérsékleti adat helytálló, annak rendkívüli következményei vannak a titokzatos részecskék utáni kutatásra. A forróbb sötét anyag nehezebbé teszi a kisebb galaxisok kialakulását, de javítja a legnagyobb struktúrák esélyeit, jelentette ki Bob Nichol, a Portsmouth egyetem kozmológiai és gravitációs intézetének professzora.

Tipikus galaxis forgási görbéje: a "korong" jelzésű görbe mutatja az előre számított sebességet, eszerint a galaxisok külső csillagai nagyon lassan keringenek a középpont körül. Az "együtt" jelölésű görbe felel meg a megfigyelt értéknek. A kettő közti különbség a sötét anyag létét igazolja. Egy másik görbe mutatja Tejútrendszerünk mért rotációs értékeit

A csillagok keringési sebességét a centrumtól való távolság függvényében ábrázolva meglehetősen bonyolult görbét kapunk (rotációs görbe). Ez a görbe a centrumtól kifelé haladva hirtelen nő, majd kissé csökken, és 200-240 km/s értéken marad egészen a galaxis széléig. (Ez furcsa, eltér pl. a Naprendszer bolygóinak sebességeloszlásától, ahol a keringési sebesség a Naptól kifelé csökken, a pályaméret négyzetgyökével fordítottan arányos, azaz a rotációs görbe hiperbolaszerű.) A rotációs görbe segítségével a Tejútrendszer tömege és tömeg-eloszlása megbecsülhető. A számítások azt mutatják, hogy a Tejútrendszer teljes tömege kb. 200 milliárd naptömeg, és ennek jelentős része a korongon kívül, a halo-ban található.

Törpegalaxisok a Naprendszer közelében

A sötét anyag jelenlétére jelenleg a következő megfigyelésekből következtethetünk:

A csillagok sebességeloszlása galaxisokban (a galaxisok forgási görbéje)

Törpegalaxis megléte galaxishalmazok központi vidékén: itt a sötét anyag közreműködése nélkül már szétestek volna a nagyobb galaxisok árapályerőinek köszönhetően.

A galaxisok sebességeloszlása galaxishalmazokban

A csillagközi gáz sűrűség-, hőmérséklet- és nyomáseloszlása galaxishalmazokban

A galaxishalmazok által a kozmikus háttérsugárzásra kifejtett gravitációs lencsehatás

Alkotórészei alapján feloszthatjuk barionos és nem barionos sötét anyagra.

A barionos sötét anyag lehet:

- Csillagközi köd: távcsövekkel a csillagközi hidrogén ködökben csak az atomos hidrogént látjuk s ennek következtében az a hallgatólagos nézet alakult ki, hogy ezek a ködök atomos hidrogénből állnak. Azonban az alacsony hőmérsékletű hidrogén sokkal stabilabb molekuláris állapotban, viszont a molekuláris hidrogén jószerével láthatatlan. Elképzelhető, hogy az eddig is ismert hidrogénfelhők tömege a mostani vélekedés többszörösét teszi ki.

- Kompakt objektum: fekete lyuk, fehér törpe, neutroncsillag, barna törpe és a feltételezett kvarkcsillag

- LSB-k (kicsi felszíni fényességű galaxis) MACHO-k (nagytömegű kompakt haloobjektum)

 

A nembarionos sötét anyag lehet:

- neutrínó WIMP-ek (gyengén kölcsönható nehéz elemi részecske)

- Axionok (elektromos töltéssel és spinnel nem rendelkező elemi részecskék)

A barionos és a nem barionos sötét anyag arányát a kozmikus háttérsugárzás fluktuációjából lehet megállapítani. Ennek alapján a sötét anyag nem barionos, és valószínűleg teljesen újfajta részecske.

Tartalomjegyzékhez Világképem <  Kvark-időszak     

------------------------

További ismeretek a sötétanyagról, az esetleges kapcsolatról a sötét energiával.

http://hu.wikipedia.org/wiki/S%C3%B6t%C3%A9t_anyag

http://index.hu/tudomany/urkutatas/sotet6745/