Vật chất tối – Wikipedia tiếng Việt

Trong vật lý thiên văn, thuật ngữ vật chất tối chỉ đến một loại vật chất giả thuyết trong vũ trụ, có thành phần chưa hiểu được. Vật chất tối không phát ra hay phản chiếu đủ bức xạ điện từ để có thể quan sát được bằng kính thiên văn hay các thiết bị đo đạc hiện nay, nhưng có thể nhận ra nó vì những ảnh hưởng hấp dẫn của nó đối với chất rắn và các vật thể khác cũng như với toàn thể vũ trụ. Dựa trên hiểu biết hiện nay về những cấu trúc lớn hơn thiên hà, cũng như các lý thuyết được chấp nhận rộng rãi về Vụ Nổ Lớn, các nhà khoa học nghĩ rằng vật chất tối là thành phần cơ bản chiếm tới 70% vật chất (vật chất tối + vật chất thường) trong vũ trụ.[1]

= = = Nhận dạng vật chất tối[sửa|sửa mã nguồn]

Các nhà khoa học đã nhận ra 1 số ít hiện tượng kỳ lạ mà hợp với sự sống sót của vật chất tối, gồm có vận tốc quay của những thiên hà và vận tốc quỹ đạo của những thiên hà trong cụm ; thấu kính mê hoặc những thiên thể phía sau bởi những cụm thiên hà như là Bullet Cluster ; và kiểu phân phối nhiệt độ của khí nóng ở những thiên hà và cụm thiên hà .

Vật chất tối cũng có vai trò quan trọng đối với sự tạo thành cấu trúc và sự tiến hóa thiên hà, và có ảnh hưởng đo được đến tính không đẳng hướng (anisotropy) của bức xạ phông vi sóng vũ trụ. Các hiện tượng này chỉ rằng vật chất quan sát thấy được trong các thiên hà, các cụm thiên hà, và cả vũ trụ mà có ảnh hưởng đến bức xạ điện từ chỉ là một phần nhỏ của tất cả vật chất: phần còn lại được gọi là “thành phần vật chất tối”.

Năm 1933, Fritz Zwicky phát hiện ra loại vật chất này khi đo vận tốc các thiên hà trong cụm thiên hà Coma.[2]

Thành phần của vật chất tối chưa hiểu được, nhưng có thể bao gồm những hạt sơ cấp mới nghĩ đến, như là WIMP, axion, và neutrino thường và nặng; các thiên thể như là sao lùn trắng và hành tinh (được gọi chung là MACHO, massive compact halo object); và đám khí không phát ra ánh sáng. Bằng chứng hiện hành ủng hộ các mô hình cho rằng thành phần chính của vật chất tối là những hạt sơ cấp chưa gặp, được gọi chung là “vật chất tối thiếu baryon”. Cũng có thể xếp hố đen vào một dạng vật chất tối. Tuy nhiên, giữa hố đen và vật chất tối có nhiều điểm khác biệt. Vật chất tối bất kì nào cũng có 1 điểm gọi là gốc, chúng hút các nguyên tử trong không gian để tăng kích thước và càng đặc hơn. Gốc của vật chất tối có lực hấp dẫn, vì vậy vật chất tối lớn đến mấy thì trọng lực và áp suất chúng tạo ra là vẫn không đổi. Còn về hố đen, chúng không thể to ra, mà đơn thuần chỉ là một vòng xoáy với áp suất cực mạnh hút mọi thứ vật chất khác.Vật chất tối có thể di chuyển với vận tốc ánh sáng khi nó đủ đặc, và thậm chí lúc đó nó có thể phá hủy 1 hành tinh. Hố đen có thể là 1 dạng vật chất tối bị thuần hóa, nó không thể di chuyển nữa nhưng vẫn có áp suất cực mạnh.

Tuy vậy, những thí nghiệm vật lý trong năm năm nay của những thiết bị văn minh nhằm mục đích tìm kiếm, chứng tỏ cho sự xuất hiện của vật chất tối đã thất bại trong việc phát hiện chúng [ 3 ]. Vật chất tối rất khó tìm kiếm do tất cả chúng ta không hề thấy nó và chỉ hoàn toàn có thể phát hiện khi những thiết bị tiếp xúc với trọng tải siêu nhỏ từ gốc của nó. Vì vậy, xác nhận được sự sống sót của nó là rất khó .

Lý thuyết mới sự sinh ra vật chất tối[sửa|sửa mã nguồn]

Các nhà khoa học tại ĐH Johannes Gutenberg ở Đức đưa ra triết lý mới sự hình thành vật chất tối ngay sau khởi đầu của vũ trụ. Mô hình này thay thế sửa chữa cho quy mô WIMP ( Weakly Interacting Massive Particles ) gọi là những hạt nguồn năng lượng tương tác yếu .Khởi điểm vũ trụ vật chất tối hoàn toàn có thể không không thay đổi, giả định là nó bị phân rã. Vật chất tối được giữ không thay đổi bằng lý giải nguyên tắc đối xứng, được cho phép nó sống sót tới thời nay. Giả thiết này được hai nhà vật lí Baker và Kopp đưa ra dựa trên lí thuyết bất đối xứng vật chất và phản vật chất trong vũ trụ. [ 2 ]

Bằng chứng quan sát[sửa|sửa mã nguồn]

[4]Sự phân bổ dự kiến của vật chất tối trong thiên hà Milky Way như một quầng sáng màu xanh của vật chất bao quanh thiên hà .

Đường cong thiên hà[sửa|sửa mã nguồn]

Đường cong quay của một thiên hà xoắn ốc nổi bật : Dự kiến ( A ) và quan sát ( B ). Vật chất tối hoàn toàn có thể lý giải sự Open ‘ phẳng ‘ của đường cong tốc độ ra nửa đường kính lớn .Cánh tay của những thiên hà xoắn ốc xoay quanh TT thiên hà. Mật độ khối phát sáng của một thiên hà xoắn ốc giảm khi người ta đi từ TT ra ngoài rìa. Nếu khối lượng phát sáng là toàn bộ yếu tố, thì tất cả chúng ta hoàn toàn có thể quy mô thiên hà như một khối điểm ở TT và kiểm tra những khối lượng quay quanh nó, tương tự như như Hệ Mặt trời. [ a ] Từ Định luật thứ hai của Kepler, dự kiến tốc độ quay sẽ giảm theo khoảng cách từ tâm, tương tự như như Hệ mặt trời. Điều này không được quan sát. [ 5 ] Thay vào đó, đường cong xoay thiên hà vẫn phẳng khi khoảng cách từ tâm tăng lên .Nếu định luật của Kepler là đúng mực, thì cách rõ ràng để xử lý sự độc lạ này là Kết luận sự phân bổ khối lượng trong những thiên hà xoắn ốc không giống với Hệ Mặt trời. Đặc biệt, có rất nhiều vật chất không phát sáng ( vật chất tối ) ở vùng ngoại ô của thiên hà .

Vận tốc phân tán[sửa|sửa mã nguồn]

Các ngôi sao 5 cánh trong những mạng lưới hệ thống ràng buộc phải tuân theo định lý virial. Định lý này, cùng với phân bổ tốc độ đo được, hoàn toàn có thể được sử dụng để đo phân bổ khối lượng trong một mạng lưới hệ thống ràng buộc, ví dụ điển hình như những thiên hà hình elip hoặc những cụm cầu. Với một số ít ngoại lệ, ước tính phân tán tốc độ của những thiên hà hình elip [ 6 ] không khớp với sự phân tán tốc độ Dự kiến từ phân bổ khối lượng quan sát được, thậm chí còn giả định sự phân bổ phức tạp của những quỹ đạo sao. [ 7 ]Như với những đường cong xoay của thiên hà, cách rõ ràng để xử lý sự độc lạ là định nghĩa sự sống sót của vật chất không phát sáng .

Cụm thiên hà[sửa|sửa mã nguồn]

Các cụm thiên hà đặc biệt quan trọng quan trọng so với những điều tra và nghiên cứu vật chất tối vì khối lượng của chúng hoàn toàn có thể được ước tính theo ba cách độc lập :

• Từ sự phân tán vận tốc hướng tâm của các thiên hà trong các cụm
• Từ tia X phát ra từ khí nóng trong cụm. Từ phổ năng lượng tia X và thông lượng, nhiệt độ và mật độ khí có thể được ước tính, do đó tạo ra áp suất; giả sử áp suất và cân bằng trọng lực xác định hồ sơ khối lượng của cụm.
• Thấu kính hấp dẫn (thường là các thiên hà ở xa hơn) có thể đo khối lượng cụm mà không cần dựa vào các quan sát động lực học (ví dụ: vận tốc).

Nói chung, ba chiêu thức này nằm trong thỏa thuận hợp tác hài hòa và hợp lý, vật chất tối lớn hơn vật chất hoàn toàn có thể nhìn thấy khoảng chừng 5 đến 1. [ 8 ]

Thấu kính mê hoặc[sửa|sửa mã nguồn]

Thấu kính mê hoặc mạnh theo quan sát của Kính viễn vọng Không gian Hubble trong Abell 1689 cho thấy sự hiện hữu của vật chất tối – phóng to hình ảnh để xem những vòng cung thấu kính .Các quy mô thiên hà đĩa quay trong thời đại thời nay ( trái ) và mười tỷ năm trước ( phải ). Trong thiên hà thời nay, vật chất tối – bộc lộ bằng màu đỏ – tập trung chuyên sâu nhiều hơn ở gần TT và nó quay nhanh hơn ( hiệu ứng phóng đại ) . [9]Bản đồ vật chất tối cho một mảng khung trời dựa trên nghiên cứu và phân tích thấu kính mê hoặc của khảo sát Kilo-Degree .

Một trong những hệ quả của thuyết tương đối rộng là các vật thể lớn (như cụm thiên hà) nằm giữa một nguồn xa hơn (như chuẩn tinh) và người quan sát phải đóng vai trò như một thấu kính để bẻ cong ánh sáng từ nguồn này. Một vật thể càng lớn, ống kính càng được quan sát nhiều.

Thấu kính mạnh là sự biến dạng quan sát được của những thiên hà nền thành những cung khi ánh sáng của chúng đi qua một thấu kính mê hoặc như vậy. Nó đã được quan sát xung quanh nhiều cụm ở xa gồm có Abell 1689. [ 10 ] Bằng cách đo hình học biến dạng, hoàn toàn có thể thu được khối lượng của cụm can thiệp. Trong hàng chục trường hợp đã được triển khai, những tỷ suất khối lượng ánh sáng thu được tương ứng với những phép đo vật chất tối động của những cụm. [ 11 ] Thấu kính hoàn toàn có thể dẫn đến nhiều bản sao của một hình ảnh. Bằng cách phân tích sự phân bổ của nhiều bản sao hình ảnh, những nhà khoa học đã hoàn toàn có thể suy luận và lập map phân bổ vật chất tối xung quanh cụm thiên hà MACS J0416. 1-2403. [ 12 ] [ 13 ]Thấu kính hẫp dẫn yếu điều tra và nghiên cứu về sự biến dạng nhỏ của nền của những thiên hà, sử dụng những tài liệu thống kê về những cuộc khảo sát thiên hà to lớn. Bằng cách khảo sát sự biến dạng của mặt phẳng cắt nền thiên hà, the mean distribution of dark matter can be characterized. The mass-to-light ratios correspond to dark matter densities predicted by other large-scale structure measurements. [ 14 ] Dark matter does not bend light itself ; mass ( in this case the mass of the dark matter ) bends spacetime. Light follows the curvature of spacetime, resulting in the lensing effect. [ 15 ] [ 16 ]

Nền vi sóng vũ trụ[sửa|sửa mã nguồn]

Mặc dù cả vật chất tối và vật chất thường thì đều là vật chất, nhưng chúng không hành xử theo cùng một cách. Đặc biệt, trong vũ trụ sơ khai, vật chất thường thì bị ion hóa và tương tác mạnh với bức xạ trải qua sự tán xạ Thomson. Vật chất tối không tương tác trực tiếp với bức xạ, nhưng nó ảnh hưởng tác động đến CMB bởi thế năng mê hoặc của nó ( đa phần ở quy mô lớn ) và do tác động ảnh hưởng của nó đến tỷ lệ và tốc độ của vật chất thường thì. Do đó, nhiễu loạn vật chất thường thì và tối, tăng trưởng khác nhau theo thời hạn và để lại những dấu ấn khác nhau trên nền vi sóng vũ trụ ( CMB ) .Nền vi sóng vũ trụ rất gần với một người da đen tuyệt đối nhưng chứa bất đẳng hướng nhiệt độ rất nhỏ của một vài phần trong 100.000. Một map khung trời của dị hướng hoàn toàn có thể bị phân hủy thành phổ hiệu suất góc, được quan sát thấy có chứa một loạt những đỉnh âm ở khoảng cách gần bằng nhau nhưng độ cao khác nhau. Một loạt những đỉnh hoàn toàn có thể được Dự kiến cho bất kể tập hợp những tham số vũ trụ giả định nào bằng những mã máy tính văn minh như CMBFast và CAMB, và triết lý khớp với tài liệu, do đó, hạn chế những tham số vũ trụ. [ 17 ] Đỉnh thứ nhất đa phần cho thấy tỷ lệ của vật chất baryonic, trong khi đỉnh thứ ba hầu hết tương quan đến tỷ lệ vật chất tối, đo tỷ lệ vật chất và tỷ lệ của những nguyên tử. [ 17 ]Bất đẳng hướng CMB lần tiên phong được phát hiện bởi COBE vào năm 1992, mặc dầu điều này có độ phân giải quá thô để phát hiện những đỉnh âm thanh. Sau khi phát hiện ra đỉnh âm thanh tiên phong của thí nghiệm BOOMERanG từ khinh khí cầu vào năm 2000, phổ hiệu suất đã được WMAP quan sát đúng chuẩn vào năm 2003, năm 2012 và thậm chí còn đúng chuẩn hơn là tàu vũ trụ Planck vào năm 2013 năm ngoái. Các hiệu quả tương hỗ quy mô Lambda-CDM. [ 18 ] [ 19 ]Phổ hiệu suất góc CMB quan sát được phân phối vật chứng can đảm và mạnh mẽ tương hỗ vật chất tối, vì cấu trúc đúng chuẩn của nó được trang bị tốt bởi Lambda-CDM Mã Sản Phẩm, [ 19 ] nhưng khó tái tạo với bất kể quy mô cạnh tranh đối đầu nào, ví dụ điển hình như động lực học Newton đã sửa đổi ( MOND ). [ 19 ] [ 20 ]

Cấu trúc hình thành[sửa|sửa mã nguồn]

[21]Bản đồ 3 chiều về sự phân bổ vật chất tối quy mô lớn, được tái tạo từ những phép đo của thấu kính mê hoặc yếu với Kính viễn vọng Không gian Hubble .Sự hình thành cấu trúc đề cập đến khoảng chừng thời hạn sau Vụ nổ lớn khi những nhiễu động tỷ lệ sụp đổ để tạo thành những ngôi sao 5 cánh, thiên hà và cụm. Trước khi hình thành cấu trúc, những giải pháp Friedmann cho thuyết tương đối rộng miêu tả một vũ trụ như nhau. Sau đó, những dị hướng nhỏ dần lớn lên và cô đặc vũ trụ giống hệt thành những ngôi sao 5 cánh, thiên hà và những cấu trúc lớn hơn. Vật chất thường thì bị tác động ảnh hưởng bởi bức xạ, là nguyên tố chi phối của vũ trụ vào thời kỳ rất sớm. Kết quả là, sự nhiễu loạn tỷ lệ của nó bị rửa trôi và không hề ngưng tụ thành cấu trúc. Nếu chỉ có vật chất thông thường trong vũ trụ, sẽ không có đủ thời hạn để nhiễu loạn tỷ lệ tăng trưởng thành những thiên hà và cụm thiên hà hiện đang được nhìn thấy .Vật chất tối phân phối một giải pháp cho yếu tố này vì nó không bị tác động ảnh hưởng bởi bức xạ. Do đó, nhiễu loạn tỷ lệ của nó hoàn toàn có thể tăng trưởng tiên phong. Thế năng mê hoặc tạo ra đóng vai trò như một giếng tiềm năng mê hoặc cho những vật chất thường thì sụp đổ sau đó, đẩy nhanh quy trình hình thành cấu trúc .
Nếu vật chất tối không sống sót, thì lời lý giải tiếp theo có lẽ rằng phải là thuyết tương đối rộng – thuyết mê hoặc đang thông dụng – là không đúng mực và cần được sửa đổi. Cụm thiên hà, tác dụng của một vụ va chạm gần đây của hai cụm thiên hà, phân phối một thử thách cho những triết lý trọng tải đã được sửa đổi chính do khối tâm biểu kiến ​ ​ của nó lệch xa so với khối tâm baryonic. Các quy mô vật chất tối tiêu chuẩn hoàn toàn có thể thuận tiện lý giải quan sát này, nhưng lực mê hoặc được sửa đổi có thời gian khó hơn nhiều, đặc biệt quan trọng là vì dẫn chứng quan sát không phụ thuộc vào vào quy mô .

Phép đo khoảng cách siêu tân tinh loại la[sửa|sửa mã nguồn]

Siêu tân tinh loại Ia hoàn toàn có thể được sử dụng làm nến tiêu chuẩn để đo khoảng cách ngoài thiên hà, từ đó hoàn toàn có thể được sử dụng để đo vận tốc vũ trụ đã co và giãn trong quá khứ. Dữ liệu cho thấy vũ trụ đang co và giãn với vận tốc tần suất, nguyên do của nó thường được quy cho nguồn năng lượng tối. Vì những quan sát cho thấy vũ trụ gần như phẳng, nên dự kiến ​ ​ tổng tỷ lệ nguồn năng lượng của mọi thứ trong vũ trụ phải tổng bằng 1 ( Ωtot ≈ 1 ). Mật độ nguồn năng lượng tối đo được là ΩΛ ≈ 0,690 ; tỷ lệ nguồn năng lượng của vật chất thường thì ( baryonic ) quan sát được là Ωb ≈ 0,0482 và tỷ lệ nguồn năng lượng của bức xạ là không đáng kể. Điều này làm thiếu Ωdm ≈ 0,258 mà vẫn hoạt động giải trí giống như vật chất ( xem phần định nghĩa kỹ thuật ở trên ) – vật chất tối .

Khảo sát khung trời và giao động âm thanh baryon[sửa|sửa mã nguồn]

Dao động âm thanh Baryon ( BAO ) là những giao động về tỷ lệ của vật chất baryon nhìn thấy được ( vật chất thông thường ) của vũ trụ trên quy mô lớn. Chúng được Dự kiến là phát sinh trong quy mô Lambda-CDM do giao động âm trong chất lỏng photon-baryon của vũ trụ sơ khai, và hoàn toàn có thể được quan sát thấy trong phổ hiệu suất góc của nền vi sóng vũ trụ. BAO thiết lập thang đo độ dài ưa thích cho baryon. Khi vật chất tối và baryon kết tụ lại với nhau sau khi tái hợp, ảnh hưởng tác động yếu hơn nhiều trong sự phân bổ thiên hà trong vũ trụ gần đó, nhưng hoàn toàn có thể phát hiện được như một ưu tiên tinh xảo ( ≈ 1 % ) cho những cặp thiên hà cách nhau 147 Mpc, so với chúng cách nhau 130 – 160 Mpc. Tính năng này đã được Dự kiến về mặt kim chỉ nan vào những năm 1990 và sau đó được phát hiện vào năm 2005, trong hai cuộc khảo sát di dời đỏ thiên hà lớn, Khảo sát Bầu trời Kỹ thuật số Sloan và Khảo sát Dịch chuyển Đỏ Thiên hà 2 dF. Kết hợp những quan sát CMB với những phép đo BAO từ những cuộc khảo sát di dời đỏ của thiên hà cung ứng một ước tính đúng chuẩn về hằng số Hubble và tỷ lệ vật chất trung bình trong Vũ trụ. Kết quả tương hỗ quy mô Lambda-CDM .
Các cuộc khảo sát di dời đỏ lớn của thiên hà hoàn toàn có thể được sử dụng để lập map ba chiều về sự phân bổ của thiên hà. Các map này hơi bị bóp méo vì khoảng cách được ước tính từ những di dời đỏ quan sát được ; di dời đỏ tiềm ẩn một phần góp phần từ cái gọi là tốc độ đặc biệt quan trọng của thiên hà cùng với thuật ngữ lan rộng ra Hubble chiếm lợi thế. Trung bình, những siêu đám đang co và giãn chậm hơn trung bình vũ trụ do lực mê hoặc của chúng, trong khi những khoảng trống đang co và giãn nhanh hơn mức trung bình. Trong map di dời đỏ, những thiên hà phía trước siêu đám có tốc độ hướng tâm vượt quá so với nó và có di dời đỏ cao hơn một chút ít so với khoảng cách của chúng, trong khi những thiên hà phía sau siêu đám có di dời đỏ hơi thấp so với khoảng cách của chúng. Hiệu ứng này làm cho những siêu đám có vẻ như như bị bóp méo theo hướng xuyên tâm, và những khoảng trống tựa như cũng bị kéo căng ra. Các vị trí góc của chúng không bị tác động ảnh hưởng. Hiệu ứng này không hề phát hiện được so với bất kể cấu trúc nào vì hình dạng thực không được biết đến, nhưng hoàn toàn có thể được đo bằng cách lấy trung bình trên nhiều cấu trúc. Nó được dự đoán định lượng bởi Nick Kaiser vào năm 1987, và lần tiên phong được thống kê giám sát một cách quyết định hành động vào năm 2001 bởi Khảo sát Dịch chuyển Đỏ Thiên hà 2 dF. [ 35 ] Kết quả tương thích với quy mô Lambda-CDM .
Trong quang phổ thiên văn, rừng Lyman-alpha là tổng những vạch hấp thụ phát sinh từ quy trình quy đổi Lyman-alpha của hydro trung tính trong quang phổ của những thiên hà và chuẩn tinh ở xa. Các quan sát về rừng Lyman-alpha cũng hoàn toàn có thể hạn chế những quy mô vũ trụ. Những ràng buộc này chấp thuận đồng ý với những ràng buộc thu được từ tài liệu WMAP .

1. ^

   This is a consequence of the shell theorem and the observation that spiral galaxies are spherically symmetric to a large extent (in 2D).

   Xem thêm: Ethereum – Wikipedia tiếng Việt

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

Source: https://thevesta.vn
Category: Thế Giới