Dunkle Materie ist die mysteriöseste und inerteste Substanz im Universum. Seine Gravitationseffekte erklären die Rotation von Galaxien, die Bewegung von Clustern und die größten Strukturen im gesamten Universum. In kleinerem Maßstab ist es jedoch zu klein, um die Bewegung des Sonnensystems, die Materie der Erde oder den Ursprung und die Entwicklung des Menschen zu beeinflussen. Davon abgesehen ist die Schwerkraft, die dunkle Materie bietet, für die Rohstoffe, aus denen das Leben wie wir und ein Planet wie die Erde bestehen, absolut notwendig. Ohne dunkle Materie könnte es überhaupt kein Leben im Universum geben.
Sterne produzieren 100% des Lichts, das wir im Universum sehen, aber nur 2% seiner Masse. Wenn wir uns die Bewegungen von Galaxien, Clustern und mehr ansehen, stellen wir fest, dass die Menge der Gravitationsmasse die Sternmasse um das 50-fache überwiegt. Man würde denken, dass andere Arten von gewöhnlicher Materie diesen Unterschied erklären könnten. Schließlich haben wir neben den Sternen noch viele andere Arten von Materie im Universum entdeckt:
- die Überreste eines Sterns wie weiße Zwerge, Neutronensterne und Schwarze Löcher;
- Asteroiden, Planeten und andere Objekte, deren Masse zu klein ist, um Sterne zu sein;
- neutrales Gas in Galaxien und der Raum zwischen ihnen;
- Staub, der Licht und neblige Regionen blockiert;
- ionisiertes Plasma, das im intergalaktischen Medium reichlich vorhanden ist.
Alle diese Formen gewöhnlicher Materie - oder Materie, die ursprünglich aus denselben Dingen bestand wie wir: Protonen, Neutronen und Elektronen - tragen dazu bei. Insbesondere Gas und Plasma tragen mehr als die Summe aller Sterne im Universum bei. Aber selbst wenn wir alle diese Komponenten addieren, erhalten wir nur 15-17% der Gesamtmenge an Materie, die zur Erklärung der Schwerkraft benötigt wird. Für den Rest der Bewegung, die wir sehen, brauchen wir eine Form von Materie, die sich nicht nur von Protonen, Neutronen und Elektronen unterscheidet, sondern auch keinem bekannten Teilchen des Standardmodells entspricht. Wir brauchen eine Art dunkle Materie.
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Eine kleine Gruppe von Wissenschaftlern ist dagegen, eine unsichtbare Massenquelle hinzuzufügen, aber die Gesetze der Schwerkraft zu ändern. Ein solches Modell hat Schwierigkeiten, einschließlich der Unfähigkeit, den gesamten Satz von Beobachtungen zu reproduzieren, einschließlich der Bewegung einzelner Galaxien in Clustern, des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, der Kollisionen von Galaxienhaufen und des riesigen kosmischen Netzwerks der beobachteten großräumigen Struktur des Universums. Es gibt noch einen weiteren wichtigen Beweis, der auf die Existenz dunkler Materie hinweist. Sie werden überrascht sein, aber das ist unsere Existenz.
Es wird Sie überraschen, dass wir nicht nur dunkle Materie brauchen, um astrophysikalische Phänomene wie die galaktische Rotation, die Bewegung von Clustern und ihre Kollisionen zu erklären, sondern auch um den Ursprung des Lebens zu erklären.
Um zu verstehen, warum, müssen Sie sich daran erinnern, dass das Universum mit einem heißen und dichten Zustand begann - dem Urknall - als alles in Form eines praktisch homogenen Meeres aus getrennten, freien, energiereichen Teilchen bestand. Während sich das Universum abkühlte und ausdehnte, bildeten sich Protonen, Neutronen und die leichtesten Kerne (Wasserstoff, Helium, Deuterium und etwas Lithium), aber sonst nichts. Erst vor zehn oder hundert Millionen Jahren brach diese Materie in Regionen zusammen, die dicht genug waren, um Sterne und schließlich Galaxien zu bilden.
All dies wäre passiert, wenn auch auf etwas andere Weise, mit oder ohne dunkle Materie. Damit sich die Elemente, die das Leben benötigt, um sich im Überfluss zu vermehren - Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Phosphor, Schwefel -, müssen sie in den Kernen der massereichsten Sterne des Universums geschmolzen werden. Es macht uns weder heiß noch kalt; Damit sie feste Planeten, organische Moleküle und Leben bilden können, müssen sie diese schweren Atome zunächst in das interstellare Medium werfen, wo sie bereits von den nächsten Generationen wieder zu Sternen werden. Dies erfordert eine Supernova-Explosion.
Wir haben diese Explosionen sehr genau beobachtet und wissen insbesondere, wie schnell dieses Material in ihrem Todeskampf von den Sternen ausgestoßen wird: mit Tausenden von Kilometern pro Sekunde. (Die Überreste der Supernova Cas A warfen Material mit einer Geschwindigkeit von 5000 und sogar 14.500 km / s aus!). Obwohl diese Zahl vor allem angesichts der Lichtgeschwindigkeit gering erscheint, denken Sie daran, dass unser eigener Stern mit nur 220 km / s in der Milchstraße umkreist. Wenn sich die Sonne mindestens dreimal schneller drehen würde, wären wir bereits außerhalb der Anziehungskraft unserer Galaxie - wir würden hinausgeworfen.
Supernova-Überreste werfen schwerere Materie aus, aber dank der starken Anziehungskraft eines diffusen, länglichen Halos aus dunkler Materie werden wir den größten Teil dieser Masse in unserer eigenen Galaxie halten. Mit der Zeit kehrt die Materie in normale Regionen zurück, die reich an normaler Materie sind, bilden neutrale Molekülwolken und bilden die Grundlage für nachfolgende Generationen von Sternen, Planeten und, was am interessantesten ist, organischen Molekülkombinationen.
Aber ohne die zusätzliche Anziehungskraft des massiven Halos aus dunkler Materie, der die Galaxie umgibt, würde die überwiegende Mehrheit des aus der Supernova ausgestoßenen Materials die Galaxie für immer verlassen. Es wird immer in der intergalaktischen Umgebung schweben, aber es wird niemals Teil zukünftiger Generationen von Sternensystemen werden. Im Universum ohne dunkle Materie hätten wir Sterne und Galaxien, aber die Planeten wären nur Gasriesen, es gäbe keine festen Welten, kein flüssiges Wasser und auch kein Leben. Ohne die Fülle schwerer Elemente, die von Generationen massereicher Sterne geliefert werden, würde es kein molekulares Leben geben.
Es stellt sich heraus, dass der massive Lichthof aus dunkler Materie, der unsere Galaxie umgibt und die Entstehung von Leben auf der Basis von Kohlenstoff ermöglichte, der die Erde als Heimat - oder etwas anderes - gewählt hat, einen Dank dafür wert ist. Wenn wir tiefer und tiefer in die Prinzipien des Universums eintauchen, verstehen wir, dass dunkle Materie für das Erscheinen des Lebens absolut notwendig ist. Ohne sie gäbe es keine Chemie, komplexe Elemente, Biologie, feste Planeten, Leben - und uns.
ILYA KHEL
