تكوين الكون

الكون هو مكان واسع ورائع. عندما يفكر علماء الفلك في مكوناته ، يمكنهم أن يشيروا بشكل مباشر إلى مليارات المجرات التي تحتوي عليها. كل واحد منهم لديه ملايين أو مليارات - أو حتى تريليونات - من النجوم. العديد من تلك النجوم لديها كواكب. هناك أيضا السحب من الغاز والغبار.

بين المجرات ، حيث يبدو أنه سيكون هناك "أشياء" قليلة جدًا ، توجد غيوم من الغازات الساخنة في بعض الأماكن ، في حين أن المناطق الأخرى عبارة عن فراغات فارغة تقريبًا. كل ما هو المواد التي يمكن اكتشافها. لذلك ، ما مدى صعوبة النظر إلى الكون وتقدير ، بدقة معقولة ، كمية الكتلة المضيئة (المادة التي يمكننا رؤيتها) في الكونباستخدام مذياع, الأشعة تحت الحمراء و الأشعة السينية الفلك؟

الآن بعد أن أصبح لدى علماء الفلك كاشفات حساسة للغاية ، فإنهم يحرزون تقدماً كبيراً في اكتشاف كتلة الكون وما الذي يشكل تلك الكتلة. لكن هذه ليست المشكلة. الإجابات التي يحصلون عليها لا معنى لها. هل طريقة إضافة الكتلة خاطئة (غير مرجح) أم أن هناك شيئًا آخر هناك ؛ شيء آخر أنهم لا يستطيعون نرى? لفهم الصعوبات ، من المهم فهم كتلة الكون وكيفية قياس الفلكيين لها.

واحدة من أعظم الدلائل على كتلة الكون هو ما يسمى خلفية الميكروويف الكونية (CMB). إنه ليس "حاجزًا" ماديًا أو أي شيء من هذا القبيل. بدلاً من ذلك ، إنها حالة من الكون المبكر الذي يمكن قياسه باستخدام كاشفات الميكروويف. يعود تاريخ CMB إلى فترة وجيزة بعد الانفجار الكبير وهو في الواقع درجة حرارة الخلفية للكون. فكر في الأمر على أنه حرارة يمكن اكتشافها في جميع أنحاء الكون بالتساوي من جميع الاتجاهات. ليس بالضبط مثل الحرارة المنبعثة من الشمس أو الإشعاع من كوكب. بدلاً من ذلك ، إنها درجة حرارة منخفضة جدًا تُقاس 2.7 درجة مئوية. عندما يذهب علماء الفلك لقياس درجة الحرارة هذه ، يرون تقلبات صغيرة ولكنها مهمة تنتشر في جميع أنحاء هذه "الحرارة" الخلفية. ومع ذلك ، فإن وجودها يعني أن الكون "مسطح" بشكل أساسي. وهذا يعني أنها سوف تتوسع إلى الأبد.

لذا ، ماذا تعني هذه التسطيح لمعرفة كتلة الكون؟ في الأساس ، بالنظر إلى حجم الكون المقاس ، فهذا يعني أنه يجب أن يكون هناك ما يكفي من الكتلة والطاقة الموجودة فيه لجعله "مسطحًا". المشكلة؟ حسنًا ، عندما يضيف الفلكيون جميعًا المسألة "طبيعية" (مثل النجوم والمجرات ، بالإضافة إلى الغاز في الكون ، لا يمثل ذلك سوى حوالي 5 ٪ من الكثافة الحرجة التي يحتاجها الكون المسطح لتبقى مسطحة.

هذا يعني أن 95٪ من الكون لم يتم اكتشافه بعد. هناك ، لكن ما هذا؟ أين هي؟ يقول العلماء أنه موجود كما المادة المظلمة و الطاقة المظلمة.

تسمى الكتلة التي يمكننا رؤيتها المسألة "باريونية". إنها الكواكب والمجرات وغيوم الغاز والمجموعات. الكتلة التي لا يمكن رؤيتها تسمى المادة المظلمة. هناك أيضا الطاقة (ضوء) التي يمكن قياسها ؛ ومن المثير للاهتمام ، هناك أيضًا ما يسمى "الطاقة المظلمة". ولا أحد لديه فكرة جيدة عن ماهية هذا.

إذن ، ماذا يشكل الكون وما هي النسب المئوية؟ إليكم انهيار النسب الحالية للكتلة في الكون.

أولا ، هناك العناصر الثقيلة. أنها تشكل حوالي ~ 0.03 ٪ من الكون. منذ ما يقرب من نصف مليار سنة بعد ولادة الكون ، كانت العناصر الوحيدة الموجودة هي الهيدروجين والهيليوم ، فهي ليست ثقيلة.

ومع ذلك ، بعد أن ولدت النجوم وعاشت وموتت ، بدأ الكون يزرع بعناصر أثقل من الهيدروجين والهيليوم "المطبوخ" داخل النجوم. يحدث ذلك عندما تدمج النجوم الهيدروجين (أو العناصر الأخرى) في قلبها. Stardeath ينتشر كل هذه العناصر إلى الفضاء من خلال السدم الكوكبية أو انفجارات السوبرنوفا. بمجرد أن تنتشر إلى الفضاء. إنها مواد أولية لبناء الأجيال القادمة من النجوم والكواكب.

هذه عملية بطيئة. حتى بعد ما يقرب من 14 مليار سنة من إنشائه ، يتكون جزء صغير فقط من كتلة الكون من عناصر أثقل من الهليوم.

النيوترونات هي أيضًا جزء من الكون ، على الرغم من أن حوالي 0.3 بالمائة منه فقط. يتم إنشاء هذه أثناء عملية الاندماج النووي في قلب النجوم ، والنيوتريونات هي جزيئات عديمة الكتلة تقريبًا تسير بسرعة الضوء تقريبًا. إلى جانب افتقارهم إلى الشحن ، فإن كتلهم الصغيرة تعني أنهم لا يتفاعلون بسهولة مع الكتلة باستثناء التأثير المباشر على النواة. قياس النيوتريونات ليست مهمة سهلة. ولكن ، سمح للعلماء بالحصول على تقديرات جيدة لمعدلات الاندماج النووي لشمسنا ونجوم أخرى ، بالإضافة إلى تقدير إجمالي عدد النيوترينو في الكون.

عندما يندمج نجوم النجوم في سماء الليل ، فإن معظم ما تراه النجوم. أنها تشكل حوالي 0.4 في المئة من الكون. ومع ذلك ، عندما ينظر الناس إلى الضوء المرئي القادم من المجرات الأخرى ، فإن معظم ما يراه النجوم. يبدو غريبا أنهم يشكلون سوى جزء صغير من الكون.

إذن ، ما هو أكثر من وفرة من النجوم والنيوتريونات؟ اتضح أن الغازات تشكل أربعة في المئة جزءًا أكبر بكثير من الكون. يشغلونها عادة الفضاء ما بين النجوم ، وبالنسبة لهذه المسألة ، والمسافة بين المجرات كلها. يشكل الغاز بين النجوم ، والذي يكون في الغالب مجرد هيدروجين عنصري حر وهيليوم ، معظم الكتلة في الكون التي يمكن قياسها مباشرة. يتم الكشف عن هذه الغازات باستخدام أدوات حساسة للراديو والأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء والأشعة السينية.

المادة المظلمة

"الأشياء" الثانية الأكثر وفرة في الكون هي شيء لم يره أحد غير ذلك. ومع ذلك ، فإنه يشكل حوالي 22 في المئة من الكون. العلماء تحليل الحركة (دوران) من المجرات ، وكذلك تفاعل المجرات في مجموعات المجرات ، وجدت أن كل الغاز والغبار الموجود ليس كافيا لشرح مظهر وحركات المجرات. اتضح أن 80 في المائة من الكتلة في هذه المجرات يجب أن تكون "مظلمة". وهذا هو ، لا يمكن اكتشافها في أي الطول الموجي للضوء ، راديو من خلال أشعة غاما. لهذا السبب تسمى هذه "الأشياء" "المادة المظلمة".

هوية هذه الكتلة الغامضة؟ مجهول. أفضل مرشح هو المادة المظلمة الباردةوهو نظري ليكون جسيمًا مشابهًا للنيوترينو ، ولكن مع كتلة أكبر بكثير. ويعتقد أن هذه الجسيمات ، وغالبا ما تعرف باسم تفاعل ضعيف الجزيئات الضخمة (WIMPs) نشأت من التفاعلات الحرارية في وقت مبكر المجرة التشكيلات. ومع ذلك ، لم نتمكن بعد من اكتشاف المادة المظلمة ، بشكل مباشر أو غير مباشر ، أو إنشاءها في المختبر.

الكتلة الأكثر وفرة في الكون ليست المادة المظلمة أو النجوم أو المجرات أو السحب من الغاز والغبار. إنه شيء يسمى "الطاقة المظلمة" ويشكل 73 بالمائة من الكون. في الواقع ، الطاقة المظلمة ليست (على الأرجح) ضخمة على الإطلاق. مما يجعل تصنيفها لـ "الكتلة" مربكا إلى حد ما. إذا ما هو؟ من المحتمل أن تكون خاصية غريبة جدًا في الزمان والمكان ، أو ربما بعض حقول الطاقة غير المبررة (حتى الآن) التي تتخلل الكون بأكمله. أو لا شيء من هذه الأشياء. لا أحد يعرف. فقط الوقت والكثير والكثير المزيد من البيانات سوف اقول.

تحرير وتحديث بواسطة كارولين كولينز بيترسن.