Kozmolozi ne ulaze u svoju profesiju kako bi rešili jednostavna pitanja, ali postoji jedan paradoks koji je dostigao zapanjujuće razmjere.
Od velikog praska svemir se proširio, ali poznati zakoni fizike sugeriraju da unutarnje vuče gravitacije trebaju usporiti ovo širenje. U stvarnosti, ipak, svemir se ubrzava.
Naučnici su smislili ime – tamna energija – za tajanstveni agens koji omogućava da se kosmos tako brzo širi i za koji se procjenjuje da čini 70% sadržaja svemira. Ali na kraju nitko ne zna što je to stvarno.
„U sobi je veliki slon“, kaže prof. Claudia de Rham, teorijski fizičar sa Imperial Collegea. “To je vrlo frustrirajuće.”
De Rham je uvela radikalnu teoriju koja bi mogla držati ključ zašto se svemir širi sve brže i brže i objasniti prirodu tamne energije. Teorija, poznata kao masivna gravitacija, modificira Einsteinovu opću relativnosti postavljajući tako da hipotetičke čestice (gravitoni) koji posreduju gravitacionu silu imaju masu. U Einsteinovoj verziji, gravitoni se pretpostavljaju da su bez mase.
Ako gravitoni imaju masu, očekuje se da gravitacija ima slabiji utjecaj na jako velikim skalama udaljenosti, što bi moglo objasniti zašto se širenje svemira nije obuzdalo.
„Jedna je mogućnost da vam možda neće trebati tamna energija – ili bolje rečeno, gravitacija sama ispunjava tu ulogu“, kaže De Rham.
Rad označava proboj u vjekovnoj potrazi za izgradnjom radne teorije masivne gravitacije. Uprkos uzastopnim naporima, prethodne verzije teorije imale su nesretnu karakteristiku predviđanja trenutnog raspada svake čestice u svemiru – neizrecivog pitanja koje matematičari nazivaju “duhom”.
„Vrlo pametni ljudi su radili na tome i argumenti su bili vrlo uverljivi“, kaže De Rham. “Ljudi su mislili da bi bilo nemoguće učiniti da to funkcionira.”
Ne odvraćajući se od male šanse za uspjeh – prethodno je trenirala kao pilot i prošla je kroz nekoliko faza postupka izbora astronauta Evropske svemirske agencije. No, 2011. godine, kada su De Rham i njeni suradnici Gregory Gabadadze sa njujorškog univerziteta i Andrew Tolley s Imperial Collegea u Londonu objavili značajan članak o masivnoj gravitaciji, odgovor je bio brz i neprijateljski.
„Ljudi imaju svoj ego“, kaže ona. „Ako kažete„ Pa, zapravo, ono što ste napravili prije 40 godina nije bilo sasvim tačno “, neće vam reći„ Hajde da razgovaramo o tome “.
„Bilo je vrlo teško. Pet ili šest godina postojalo je stanje svađe i razmjene argumenata. “
Na kraju je teorija ostala i dobiva na značaju u proteklom desetljeću. „To radi nauka. Na kraju postoji rezultat zasnovan na matematici i logici “, kaže De Rham. „Ako je jednak jednom, svi se možemo složiti oko toga. Matematika ne laže. “
Posljednjim priznanjem ovog proboja, De Rham je prošle sedmice proglašen dobitnikom 100.000 dolara (75.000 funti) Blavatnikove nagrade za mlade naučnike, dvije godine nakon što je osvojila Adams nagradu, jednu od najstarijih i najprestižnijih nagrada Univerziteta u Cambridgeu.
De Rham brzo napominje da je u ovoj fazi masovna gravitacija još uvijek samo teorija. Matematički to provjerava, ali ne znamo da li odražava empirijsku stvarnost. Ali s astronomijom gravitacijskog talasa, moguće je testirati predviđanja teorije u sljedećem desetljeću.
„Bilo bi nevjerovatno kada bi se pokazalo da je ispravno“, kaže ona. “To se može ili ne mora dogoditi, ali ono što će se dogoditi je da ćemo imati mnogo bolje temeljno razumjevanje gravitacije.
Mliječni put, galaksija u kojoj živimo, jedna je od stotina milijardi galaksija koje su raštrkane svemirom. Njihova raznolikost je zapanjujuća: spirale, prstenaste galaksije u obliku zvjezdanih petlji i drevne galaksije koje nadmašuju gotovo sve ostalo u svemiru.
No, unatoč njihovim razlikama i ogromnim udaljenostima među njima, naučnici su primijetili kako se neke galaksije kreću zajedno u neobičnim i često neobjašnjivim obrascima, kao da ih povezuje ogromna neviđena sila.
Galaksije unutar nekoliko miliona svjetlosnih godina jedna na drugu mogu gravitaciono utjecati na predvidive načine, ali naučnici su primijetili misteriozne obrasce između udaljenih galaksija koje prevazilaze te lokalne interakcije.
Ova otkrića nagovještavaju zagonetni utjecaj takozvanih „velikih struktura“ koje su, kako i samo ime kaže, najveći poznati objekti u svemiru. Ove prigušene strukture načinjene su od vodikovog plina i tamne materije i poprimaju oblik niti, listova i čvorova koji povezuju galaksije u ogromnoj mreži zvanoj kozmička mreža. Znamo da ove strukture imaju velike posljedice na evoluciju i kretanje galaksija, ali jedva smo ogrebali površinu korijenske dinamike koja ih pokreće.
Naučnici su željni razumjevanja ovih novih detalja jer neki od ovih fenomena dovode u pitanje najosnovnije ideje o svemiru.
“To je zapravo razlog zašto svi uvijek proučavaju ove velike strukture”, rekao je u pozivu Noam Libeskind, kosmograf sa Leibniz-Instituta za astrofiziku (AIP) u Njemačkoj. “To je način sondiranja i ograničavanja zakona gravitacije i prirode materije, tamne materije, tamne energije i univerzuma.”
Zašto se udaljene galaksije jedinstveno kreću?
Galaksije imaju tendenciju da formiraju gravitaciono vezane grozdove koji pripadaju još većim superklasterima. Na primjer, zemaljska kozmička adresa dugog oblika trebala bi primijetiti da je Mliječni put dio Lokalne grupe, bande od nekoliko desetaka galaksija. Lokalna grupa je unutar superklastera Djevice, koji sadrži više od 1.000 galaksija.
Na tim više „lokalnim“ skalama, galaksije se često mješaju sa zavrtima, oblicima i uglovima. Ponekad jedna galaksija čak i pojede drugu, događaj poznat kao galaktički kanibalizam. Ali neke galaksije pokazuju dinamične veze na udaljenostima prevelikim da bi se mogle objasniti njihovim pojedinačnim gravitacijskim poljem.
Na primjer, studija objavljena u The Astrophysical Journal utvrdila je da se stotine galaksija rotiraju sinkronizirano s pokretima galaksija udaljenim desetinama miliona svjetlosnih godina.
„Ovo je otkriće sasvim novo i neočekivano“, rekao je vodeći autor Joon Hyeop Lee, astronom iz Korejskog instituta za astronomiju i svemirske nauke. “Nikada nisam vidio nijedan prethodni izvještaj opažanja ili bilo kakva predviđanja numeričkih simulacija, tačno vezanih za ovaj fenomen.”
Lee i njegovi kolege proučavali su 445 galaksija u roku od 400 miliona svjetlosnih godina Zemlje i primijetili da su mnogi od onih koji se okreću u smjeru prema Zemlji imali susjede koji se kreću prema Zemlji, dok su oni koji su se rotirali u suprotnom smjeru imali susjede koji su se udaljavali od Zemlje.
„Primijećena koherencija mora imati određenu vezu sa strukturama velikih razmjera, jer je nemoguće da galaksije razdvojene sa šest megaparcesa [otprilike 20 miliona svjetlosnih godina] direktno međusobno djeluju,“ rekao je Lee.
Lee i njegove kolege sugeriraju da se sinhronizirane galaksije mogu postaviti unutar iste strukture velikih razmjera, koja se vrlo sporo okreće u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Ta bi temeljna dinamika mogla uzrokovati vrstu koherencije između rotacije proučavanih galaksija i kretanja njihovih susjeda, iako je upozorio da će biti potrebno mnogo više istraživanja kako bi se potvrdili nalazi i zaključci njegovog tima.
Iako je ova posebna iteracija čudno sinhroniziranih galaksija nova, znanstvenici su primijetili neobične koherencije između galaksija na još većim udaljenostima. U 2014. godini, tim je uočio znatiželjna poravnanja supermasivne crne rupe na jezgri kvazara, drevnih ultra-blistavih galaksija, koje se protežu na milijarde svjetlosnih godina.
Predvođeni Damienom Hutsemékersom, astronomom sa Sveučilišta u Liègeu u Belgiji, istraživači su mogli primijetiti ovu jezivu sinkronost gledajući svemir kada je imao samo nekoliko milijardi godina, koristeći Vrlo veliki teleskop (VLT) u Čileu. Promatranja su zabilježila polarizaciju svjetlosti iz gotovo 100 kvazara, što je tim potom koristio za rekonstrukciju geometrije i poravnanje crnih rupa na njihovim jezgrama. Rezultati su pokazali da su rotacijske osi od 19 kvatara u ovoj grupi bile paralelne, uprkos činjenici da su razdvojene za nekoliko milijardi svjetlosnih godina.
Naučnici su možda rješili misteriju tamne materije i tamne energije, jednog od najtiražnijih i uznemiravajućih dijelova čitavog univerzuma.
Rješenje je možda bilo potpuno jednostavno: astrofizičari su tek zaboravili dodati jednostavni minus znak.
Tamna materija je možda najveće pitanje astrofizike. Naš trenutni model sugeriše da postoji ogromna količina energije i materije – 95 posto svemira – koja mora postojati, ali je jednostavno nestao i ne vidimo ga.
Znamo za ova dva fenomena zbog efekata koji imaju na drugu stvar koju vidimo. Ali ne znamo ništa o njima direktno, uključujući ono od čega bi mogli biti fizički sastavljeni.
Naučnik iz Oksfordskog univerziteta predložio je novu teoriju koja će ih dovesti zajedno, rješavajući pitanje koje je desetinama godina progonilo astronome i astrofizičare.
Dr Farnes predlaže da je i tamna energija i tamna materija fluid koji posjeduje “negativnu masu”. To ustvari znači da bi to bila inverzija normalne mase: ako biste ju gurnuli, ona bi bilo pokretana prema vama.
Implikacije ovakve sugestije su ogromne, nudeći rješenje za ono što ogromna količina nestalih stvari može biti.
“Sada smatramo da i tamna materija i mračna energija mogu biti ujedinjeni u tečnost koja posjeduje negativnu masu “, odbacujući sve druge materijale oko njih”, rekao je dr Farnes. “Iako nam je ova stvar specifična, to sugeriše da je naš kosmos simetričan u pozitivnim i negativnim kvalitetima.”
Ranije je predložena negativna materija, jer bi to značilo da će materijal postati manje gust kada se svemir širi. To bi bilo u suprotnosti sa stvarnim opservacijama, što pokazuje da tamna energija se vremenom razređuje.
Međutim, teorija dr Farnesa ukazuje na to da se nova mračna energija stvara stalno. S obzirom da se sve više i više negativnih energija neprekidno pali u postojanje, takva tečnost se ne bi razrijedila čak i dok se univerzum širio.
Izgleda da ova predložena tečnost funkcioniše baš tačno kao mračna energija.
“Ishod izgleda prilično lijep: mračna energija i tamna materija mogu se svesti na jednu supstancu, pri čemu se oba efekta jednostavno mogu objasniti kao materija s pozitivnom masom koja se surfa na moru negativnih masa”, rekao je on.
Istraživači sada se nadaju da se teorija može testirati pomoću ogromnog niza od kvadratnog kilometra koji se sada gradi i kada će biti završen biti će najveći teleskop na svijetu. Ali ako je tačno, može popraviti LambdaCDM, našu trenutnu sliku univerzumu, objašnjavajući šta je tačno materija i energija koje su toliko problematične za našu fiziku.
“Još uvijek postoji mnogo teoretskih problema i računarskih simulacija za uraditi, a LambdaCDM ima skoro 30 godina početka rada, ali se radujem vidjenju da li ova nova proširena verzija LambdaCDM-a može tačno da odgovara drugim opažajnim dokazima naše kosmologije” on je rekao. “Ako je stvarno, to bi ukazalo na to da su nedostajali 95% kosmosa imali estetsko rješenje: zaboravili smo da uključimo jednostavni minus znak”.
Veruje se da “tamna energija” čini 68% univerzuma, ali mađarsko-američki istraživački tim misli da uopšte ne postoji. Istraživači veruju da koncept tamne energije samo ispunjava praznine koje postoje od postojećih modela univerzuma, koje ne uzimaju u obzir njegovu promjenljivu strukturu. Kada se model ispravi, praznine nestaju, a takođe i potreba za tamnom energijom unutar modela.
Naš univerzum se proširio još od Velikog praska pre 13,8 milijardi godina. Hablov zakon daje ključni dokaz koji podržava ovo širenje. Zakon navodi da je u prosjeku proporcionalno rastojanje između nas i dane galaksije i njegove recesione brzine – brzine kojom se odmiče od nas. Astronomi posmatraju linije u spektru galaksije kako bi izmerili recesionu brzinu. Što brže galaksija odstupi od nas, više se linija pomijera prema crvenom. Sve ovo je navelo naučnike da misle da se čitav svemir neprestano širi i da je morao da počne kao nestabilna tačka.
Kasnije su astronomi primetili da im je potrebno nešto više da bi objasnili kretanje zvijezda unutar galaksija i što je dovelo do potencijala nevidljive “tamne materije”. Konačno, nakon što su astronomi posmatrali supernove tipa Ia, zvijezde bijelih patuljaka eksplodirale su u binarnim sistemima, devedesetih , zaključili su da je 68 posto kosmosa sastavljeno od mračne energije, koja zajedno sa oko 5 posto obične materije i 27 posto tamne materije, uzrokuje širenje univerzuma.
Novi rad, predvođen studentom Eötvös Loránd University PhD student Gábor Rácz, predlaže alternativno objašnjenje za širenje univerzuma. Tim tvrdi da konvencionalni kosmološki modeli ignorišu strukturu svemira i oslanjaju se na aproksimacije. To dovodi do neizbežnih praznina u modelima, i to je ono za što je tamna energija iskorišćena da bi se popravilo.
Debata gledana iz drugog ugla
Tim je rekonstruirao evoluciju univerzuma koristeći računarsku simulaciju kako bi modelirao načine na koje gravitacija utiče na raspodjelu miliona čestica tamne materije. Rekonstrukcija obuhvata formiranje velikih struktura i rano zbijanje materije. Uzimajući u obzir ove strukture, proizvelo je drugačiju simulaciju nego konvencionalni modeli, koji pokazuju da se svemir šire. Ova nova simulacija je konzistentna sa prethodnim modelima jer pokazuje opšte ubrzanje, ali u njemu ekspanzija univerzuma je neujednačena, sa različitim regionima u kosmosu koji se šire po različitim stopama.
Istraživački tim tvrdi da se njihov rad zasniva manje na nagađanju i više na jasnom modeliranju. Dr László Dobos, koautor rada, objasnio je pristup tima Kraljevskom astronomskom društvu:
Ne dovodimo u pitanje [validnost teorije opšte relativnosti]; postavljamo pitanje valjanosti približnih rješenja. Naši nalazi se oslanjaju na matematičku pretpostavku koja dozvoljava diferencijalnu ekspanziju prostora, u skladu sa opštom relativnošću i pokazuje kako stvaranje složenih struktura materije utiče na širenje. Ovi problemi su prethodno bili stavljeni pod tepih, ali njihovo uzimanje u obzir može objasniti ubrzanje bez potrebe za tamnom energijom.
Ako se potvrdi, ovaj rad bi mogao značajno uticati na buduća istraživanja fizike i modele univerzuma. Već dvije decenije, teoretski fizičari i astronomi su špekulirali neriješenu misteriju prirode tamne energije. Ovim revidiranim modelom može započeti zanimljiva nova rasprava.
Tamna tvar je naziv za tvar u svemiru koja ne emitira niti reflektira elektromagnetsko zračenje, zbog čega je ne možemo vidjeti. Njeno postojanje astronomija je dokazala posredno, promatranjem učinka tamne tvari na druge, lakše uočljive, objekte. Poznavanje količine tamne tvari u svemiru omogućilo bi bolje razumijevanje kako dosadašnjeg tako i budućeg razvoja svemira. Nekoliko timova astronoma u potrazi je za kratkotrajnim bljeskovima koje uzrokuju masivna nebeska tijela u našoj Galaksiji. Već je poznato da spiralne i eliptične galaksije plivaju u velikim haloima tamne tvari, međutim još se ne zna točan raspored tamne tvari. Gibanje Magellanovih oblaka, satelitskih galaktika Mliječne staze, upućuje na činjenicu da se halo proteže čak i iza ovih malih nepravilnih galaksija, čak 300 000 gs od središta galaksije, dok neki podaci govore i o 600 000 gs. S obzirom da je Andromedina galaksija udaljena nešto manje od 3 milijuna gs, čini se da veći dio puta zauzimaju haloi ovih galaksija. Teško je odrediti da li se tamna stvar pojavljuje samo tamo gdje ima i svijetle tvari, jer je tamnu tvar nemoguće detektirati ako nema obližnje svijetle tvari na koju djeluje. Kozmolozi izražavaju gustoću svemira u jedinicama zvanim Ω (omega). Vidljive tvari u svemiru nema mnogo, tek oko Ω = 0,05. Neki teoretičari smatraju da je ukupna gustoća svemira Ω = 1, što znači da tamne tvari mora biti oko Ω = 0,95. To bi značilo da je 95% mase svemira tamno. Realističnije teorije postavljaju gornju granicu gustoće svemira na Ω = 0,4, pa bi tamne tvari trebalo biti oko Ω = 0,35. Čak i u tom slučaju velik dio mase svemira ostaje nepoznat.
Na postojanje tamne tvari upućuju astronomska opažanja njezinih gravitacijskih učinaka. Prve pretpostavke o postojanju tamne tvari iznio je 1930-ih švicarski astronom Fritz Zwicky, a temeljile su se na takozvanom virijalnom teoremu, prema kojemu se ukupna masa potrebna za vezanje galaktika u galaktičke skupove ne može dobiti samo na temelju vidljive tvari. Tako masi galaktičkih skupova zvijezde, prašina i plin pridonose manje od 10%. Dodatnih 10 do 40% mase dolazi od vruće međugalaktičke tvari, a ostatak je nevidljiv. Početkom 1970-ih, na temelju mjerenja krivulja rotacije bliskih spiralnih galaktika, Vera Rubin je ustanovila da je 90% tvari prosječne galaktike nevidljivo. Za spiralne je galaktike opazila da njihova vanjska područja kruže brže nego što se očekuje na temelju Keplerovih zakona. Izmjerene krivulje rotacija upućuju na to da u vanjskim sferičnim područjima (haloima) galaktika mora postojati deset puta više nevidljive tvari nego što ima opažene tvari. Dio te tamne tvari mogu biti machoi smeđi ili bijeli patuljci koji djeluju kao gravitacijske leće, na temelju čega bi mogli biti detektirani. Oni se ubrajaju u takozvanu barionsku tamnu tvar, kojoj pripadaju i neutronske zvijezde i crne rupe. No postoje kozmološka ograničenja (iz proračuna prvotne nukleosinteze) prema kojima udjel barionske tvari u svemiru ne može biti veći od 15%. Stoga prevladavajuća tamna tvar mora biti nebarionska. Jedno objašnjenje za takvu tvar su neutrini, koji se zbog svoje male mase ponašaju kao relativističke čestice (takozvana vruća tamna tvar). Moguća nerelativistička (hladna) tamna tvar sastojala bi se od još neotkrivenih wimp čestica, masivnih slabomeđudjelujućih čestica. O tipu prevladavajuće tamne tvari ovisi način stvaranja struktura u svemiru. Kompjutorske simulacije pokazuju da, uz pretpostavku prevladavajuće hladne tamne tvari, stvaranje ide od najmanjih svemirskih struktura prema galaktikama i njihovim nakupinama.
Dokazi postojanja
Skupovi galaktika
Do prvog dokaza o postojanju značajne količine tvari koju nismo u stanju vidjeti došlo se istraživanjem skupova galaksija – nakupina nekoliko stotina do nekoliko tisuća galaksija. Tridesetih godina 20. stoljeća Zwicky i Smith su istraživali dva bliska skupa galaksija: u zviježđu Berenikina kosa i u zviježđu Djevice. Pomoću Dopplerovog učinka mjerili su brzine pojedinih galaktika u skupu, te ustanovili da su brzine reda 10 do 100 puta veće od očekivanih. U grupi galaktika kao što su ovi skupovi, jedina značajna sila kojom galaktike djeluju jedna na drugu je gravitacija. Brzine gibanja pojedinačnih galaktika upućuju na masu skupa: ako je brzina pojedine galaktike prevelika, ona može pobjeći iz skupa, pa sama činjenica da je galaktika u skupu ukazuje na prisustvo jake sile gravitacije koja sprečava bijeg ovih brzih galaksija. Ova metoda ipak nije savršena. Gibanje galaktika je jako sporo, pa mi zapravo nikad ne vidimo galaktike u gibanju. Galaksija kojoj smo izmjerili veliku brzinu možda zaista napušta skup, ili je samo u prolazu, ili je ispred skupa.
Rotacijske krivulje galaktika
Predviđena (A) i stvarna (B) rotacijska krivulja tipične spiralne galaksije.
Jači dokaz, koji je obuhvaćao pouzdanije podatke i veći broj ispitanih galaksija, pojavio se sedamdesetih godina 20. stoljeća, kada su Rubin, Freeman, Peebles i drugi mjerili rotacijske krivulje galaksija. Zvijezde koje čine galaksiju okreću se oko središta galaksije, slično planetima koji se okreću oko Sunca. Oba gibanja je moguće opisati Keplerovim zakonima, koji kažu da brzina obilaženja oko centra ovisi samo o udaljenosti od centra i masi sadržanoj unutar putanje. Rotacijske krivulje galaktika su grafovi koji prikazuju odnos brzine obilaženja zvijezda oko središta i udaljenosti od središta. Mjerenjem brzina zvijezde na različitim udaljenostima od središta moguće je izmjeriti masu unutar raznih orbita, te odrediti kako je masa u galaksiji raspoređena. Uzimajući u obzir samo masu koja svijetli (zvijezde) bilo je za očekivati da će brzine zvijezde lagano opadati s udaljenošću, međutim, rezultati su pokazali suprotno. Izmjerene brzine zvijezde su bile daleko iznad očekivanih, što govori da nam je veći dio mase galaktike nevidljiv. Izračunato je postojanje tamne tvari izvan granica središnjeg svijetlog diska galaksije, te u halou iznad i ispod diska. Ovakva mjerenja su izvršena na velikom broju galaksija, sva s istim rezultatima. Galaksijske rotacijske krivulje su najjači dokaz postojanja velikog udjela tamne tvari u masi svemira.
Gravitacijske leće
Gravitacijske leće (slika sa Svemirskog teleskopa Hubble).
Prema općoj teoriji relativnosti, velike mase mogu zakriviti prostor-vrijeme, te tako saviti putanju svjetla. Na taj način vrlo masivni objekti, kakvi su skupovi galaksija, fokusiraju svjetlost i tvore prirodne gravitacijske leće. Slika udaljenog objekta može biti pojačana, iskrivljena i višestruka – što ovisi o položaju udaljenog objekta prema leći. U idealnom slučaju, kada je udaljeni objekt točno iza središta leće, slika je u obliku prstena (Einsteinov prsten). Kada je leća na oko pola puta do udaljenog objekta, pojačanje može doseći i vrijednost 100. Kakvi objekti mogu biti uzrok pojave gravitacijske leće? U našoj galaksiji su to planeti, smeđi patuljci i mrtve zvijezde. Nekoliko projekata prati sjaj milijuna zvijezda u Magellanovim oblacima i Andromedinoj galaksiji. Kada jedan takav macho (eng. MAssive Compact Halo Objects: kompaktni masivni objekti u haloima) objekt u galaksijskom halou zakloni zvijezdu iza njega, sjaj zvijezde će, uslijed učinka leće, nakratko porasti. Analizom varijacije svjetla zvijezde moguće se procijeniti masu macho objekta koji je uzrokovao učinak. Masivne galaktike i skupovi galaktika također mogu uzrokovati ovu pojavu, pri čemu su slike često jako iskrivljene zbog nepravilne rasopodjele mase u galaksiji-leći. Koristeći računalne modele, moguće je izračunati masu takvog skupa-leće. Takvi proračuni potvrđuju procjene masa skupova.
Što čini tamnu tvar?
Budući da je tamna tvar još uvijek teorija, postoji nekoliko mogućih odgovora u kakvom obliku se ona može nalaziti. Dvije najvjerojatnije mogućnosti su Barionska tamna tvar i takozvane egzotične čestice. Treća, pomalo ekstremna, mogućnost je da mi još uvijek u potpunosti ne razumijemo gravitaciju. Možda se gravitacija na većoj skali ne ponaša po istim zakonima kao na maloj skali.
Barionska tamna tvar
Barionska tamna tvar je ona koja je sastavljena od nama poznatih čestica: protona, elektrona, neutrona i slično, ali ne svijetli. Nekoliko različitih vrsta objekata može činiti barionsku tamnu tvar:
Planeti. Postoji nekoliko problema s ovom idejom. Današnje spoznaje govore da planeti nastaju samo oko zvijezda, pa bi njihova masa bila zanemariva prema masama matičnih zvijezda. Takvi planeti bi mogli povećati vrijednost jedinice Ω za ne više od 0,005, što je zanemarivo.
Smeđi patuljci. Smeđi patuljci su zvijezde koje nisu dovoljno masivne da bi stvorile uvjete za pokretanje termonuklearnih reakcija u njihovu središtu. Ponekad se nazivaju i Jupiteri, zbog toga što bi Jupiter bio mala zvijezda da ima 10 puta veću masu.
Mrtve zvijezde. Ova skupina uključuje moguće nusprodukte usahlih zvijezda: bijele patuljke, neutronske zvijezde i crne rupe. Prema našem shvaćanju, u Mliječnoj stazi do danas nije moglo nastati dovoljno mrtvih zvijezda da bi njihova masa iznosila 10 puta više od mase svijetle tvari.
Ove tri grupe objekata se zajedničkim imenom zovu macho (kompaktni masivni objekti u haloima).
Hladni plin i prašina. Moguće je da galaktike sadrže značajne količine plina koji još nije detektiran. Međutim, hladni atomski vodik bi odao svoje prisustvo radio valovima valne duljine 21 cm, a molekularni vodik bi zračio u ultraljubičastom dijelu spektra. Uz pomoć rendgenskih teleskopa utvrđeno je da se u međugalaktičkom prostoru unutar skupova galaktika nalaze oblaci vrlo rijetkog i vrućeg plina temperature oko 100 milijuna K. Masa ovog plina zajedno s običnom, svijetlom materijom najčešće sudjeluje sa 20% do 30% u ukupnoj masi skupa.
Veliku prepreku ideji o barionskoj tamnoj tvari čini nukleosinteza velikog praska (eng: Big Bang Nucleosyntesis, BBN), dio teorije Velikog praska koji objašnjava omjere količine različitih elemenata u svemiru. Problem je u tome što ovi dobro izračunati omjeri znatno ovise o pretpostavljenom omjeru bariona i fotona. Broj fotona je procijenjen na osnovu mjerenja temperature pozadinskog zračenja. Ispravni omjeri se iz teorije BBN mogu izvući samo uz barionsku tvar od oko Ω = 0,1. S obzirom da je vidljiva masa procjenjena na Ω = 0,05, očito da je dio barionske tvari taman. Međutim, rotacijske krivulje galaktika ukazuju na mnogo veće količine tamne tvari, pa dio tamne tvari mora biti nebarionski. Naravno, uvijek ostaje mogućnost da je BBN teorija kriva. Ipak, BBN toliko uspješno objašnjava omjere elemenata u svemiru da većina astronoma radije razmatra druge opcije.
Macho
Macho (od engl. Massive Compact Halo Object: masivni kompaktni objekt u halou) su nebeska tijela vrlo slaboga sjaja, izgrađeni od obične (barionske) tvari, na primjer planeti, smeđi patuljci, crne rupe i drugo. Machoi čine manji dio nevidljive tamne tvari. Njihovim postojanjem ne može se objasniti brza rotacija galaktika.
Egzotične čestice
Mnogi ovu vrstu tamne tvari nazivaju egzotičnom iako se samo radi o česticama koje nisu barioni. Mnoge od tih čestica su već pronađene, dok druge za sada postoje samo u teoriji. Neutrini su poznate čestice. Donedavno se smatralo da su bez mase, dok nije tijekom 2001. nakon dugo vremena riješen problem sunčevih neutrina. Otkriveno je da neutrini imaju nekakvu masu, ali vrlo malu – postavljena gornja granica te mase ne dozvoljava im da igraju značajniju ulogu u ukupnoj masi svemira, bez obzira na njihovu mnogobrojnost. Većina ostalih kandidata može se svrstati u kategoriju wimp (eng: Weakly Interacting Massive Particles: masivne čestice koje slabo interaktiraju). Ovo je klasa masivnih čestica koje rijetko ulaze u interakciju s običnom, barionskom tvari (inače bi ih bilo lako otkriti). U wimp spadaju čestice kao neutralini, fotini, gravitini, aksioni, magnetski monopoli i slično.
Wimp čestice
Primjer spiralne galaktike: Messier 101.
Wimp čestice (od engl. Weakly Interacting Massive Particle: slabomeđudjelujuća masivna čestica) su hipotetske čestice velike mase (10 ili 100 puta veće mase od mase protona) koje odbojno i slabo međudjeluju s običnom tvari. Do danas nisu otkrivene. Smatra se da čine većinu tamne tvari.
Vruća i hladna tamna tvar
Ako se tamna tvar sastoji od vrlo laganih čestica kao što su neutrini, te bi čestice mogle putovati vrlo brzo, prelaziti velike udaljenosti te stvarati strukture na velikoj skali. Takva se tamna tvar naziva vruća tamna tvar (eng: Hot Dark Matter, HDM) i mogla bi biti odgovorna za stvaranje velikih zidova i filamenata. Ako se, pak, tamna tvar sastoji od teških čestica (wimp čestice) koje se gibaju relativno sporo, one bi stavarale strukturu na maloj skali (veličine galaksija). Takvu tamnu tvar nazivamo hladna tamna tvar (eng: Cold Dark Matter, CDM). Obje vrste tamne tvari su problematične. Vruća tamna tvar ne može objasniti stvaranje galaksija, a hladna stvaranje strukture na velikoj skali. Zbog toga se smatra da u stvaranju strukture svemira moraju igrati ulogu obje vrste tamne tvari. Takva se tamna tvar naziva miješana tamna tvar (eng: Mixed Dark Matter, MDM).
Tamna energija
Tamna energija, prema modernoj fizikalnoj kozmologiji, je nevidljiv sastojak svemira koji ispunjava sav prostor i uzrokuje njegovo ubrzano širenje. Takvo ubrzano širenje svemira ustanovile su 1997. dvije skupine znanstvenika na temelju pojava supernova tipa Ia. U okviru standardnoga kozmološkog modela, za ubrzano širenje prevladavajuća tvar u svemiru mora biti fluid koji posjeduje negativni tlak, a nazvan je tamna energija. Po mjerenjima iz 2003., tamna energija čini 73% ukupne gustoće energije svemira. Jedno od mogućih objašnjenja za tamnu energiju je energija takozvanog kvantnomehaničkog vakuuma (kvantni šum). Za razliku od ostalih sastojaka svemira, takva gustoća energije vakuuma ne mijenja se u kozmičkom vremenu i kao takva ima ulogu kozmološke konstante u Einsteinovim jednadžbama opće teorije relativnosti. Ako se opažanja objasne efektivnom kozmološkom konstantom, tada ona odgovaraju otkriću gustoće energije vakuuma prostora sićušne vrijednosti od 10–27 kg/m³. Tamna energija može biti predstavljena i skalarnim poljima (takozvana kvintesencija) koja se mijenjaju u prostoru i vremenu, no zadržavaju isti antigravitacijski učinak, tako da se u kozmološkim epohama u kojima prevladava tamna energija govori o inflaciji (napuhivanju) svemira.
Izvori
tamna tvar, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
macho, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
wimp čestice, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
tamna energija, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
Postoje vjerojatno više od 100 milijardi galaksija u kosmosu. Svaka od tih galaksija ima između 10 miliona i bilion zvijezda. Naše Sunce, prilično mala i nemoćna zvijezda (“žuti patuljak”, zapravo), teška je oko milijardu milijardi tona, a većina ostalih zvijezda su mnogo veće. Postoji jako puno vidljive materije u svemiru. Ali to čini samo oko dva posto njegove mase. Znamo da postoji više, jer ima gravitacija. Uprkos velikim količinama vidljive materije, to nije ni dovoljno blizu da odgovara za gravitaciju koju možemo vidjeti da djeluje na drugim galaksijama. Ostala stvar se zove “tamna materija”, a čini se da nje postoji oko šest puta više nego obične materije. Da bi stvar bila još više zbunjujuća, ostalo je nešto drugo pod nazivom “tamna energija”, koja je potrebna da objasni očigledno širenja svemira. Niko ne zna šta je tamna materija ili tamna energija!
Postoje vjerojatno više od 100 milijardi galaksija u kosmosu. Svaka od tih galaksija ima između 10 miliona i bilion zvijezda. Naše Sunce, prilično mala i nemoćna zvijezda (“žuti patuljak”, zapravo), teška je oko milijardu milijardi tona, a većina ostalih zvijezda su mnogo veće. Postoji jako puno vidljive materije u svemiru. Ali to čini samo oko dva posto njegove mase. Znamo da postoji više, jer ima gravitacija. Uprkos velikim količinama vidljive materije, to nije ni dovoljno blizu da odgovara za gravitaciju koju možemo vidjeti da djeluje na drugim galaksijama. Ostala stvar se zove “tamna materija”, a čini se da nje postoji oko šest puta više nego obične materije. Da bi stvar bila još više zbunjujuća, ostalo je nešto drugo pod nazivom “tamna energija”, koja je potrebna da objasni očigledno širenja svemira. Niko ne zna šta je tamna materija ili tamna energija!
Tamna tvar je naziv za tvar u svemiru koja ne emitira niti reflektira elektromagnetsko zračenje, zbog čega je ne možemo vidjeti. Njeno postojanje astronomija je dokazala posredno, promatranjem učinka tamne tvari na druge, lakše uočljive, objekte. Poznavanje količine tamne tvari u svemiru omogućilo bi bolje razumijevanje kako dosadašnjeg tako i budućeg razvoja svemira. Nekoliko timova astronoma u potrazi je za kratkotrajnim bljeskovima koje uzrokuju masivna nebeska tijela u našoj Galaksiji. Već je poznato da spiralne i eliptične galaksije plivaju u velikim haloima tamne tvari, međutim još se ne zna točan raspored tamne tvari. Gibanje Magellanovih oblaka, satelitskih galaktika Mliječne staze, upućuje na činjenicu da se halo proteže čak i iza ovih malih nepravilnih galaksija, čak 300 000 gs od središta galaksije, dok neki podaci govore i o 600 000 gs. S obzirom da je Andromedina galaksija udaljena nešto manje od 3 milijuna gs, čini se da veći dio puta zauzimaju haloi ovih galaksija. Teško je odrediti da li se tamna stvar pojavljuje samo tamo gdje ima i svijetle tvari, jer je tamnu tvar nemoguće detektirati ako nema obližnje svijetle tvari na koju djeluje. Kozmolozi izražavaju gustoću svemira u jedinicama zvanim Ω (omega). Vidljive tvari u svemiru nema mnogo, tek oko Ω = 0,05. Neki teoretičari smatraju da je ukupna gustoća svemira Ω = 1, što znači da tamne tvari mora biti oko Ω = 0,95. To bi značilo da je 95% mase svemira tamno. Realističnije teorije postavljaju gornju granicu gustoće svemira na Ω = 0,4, pa bi tamne tvari trebalo biti oko Ω = 0,35. Čak i u tom slučaju velik dio mase svemira ostaje nepoznat.
Na postojanje tamne tvari upućuju astronomska opažanja njezinih gravitacijskih učinaka. Prve pretpostavke o postojanju tamne tvari iznio je 1930-ih švicarski astronom Fritz Zwicky, a temeljile su se na takozvanom virijalnom teoremu, prema kojemu se ukupna masa potrebna za vezanje galaktika u galaktičke skupove ne može dobiti samo na temelju vidljive tvari. Tako masi galaktičkih skupova zvijezde, prašina i plin pridonose manje od 10%. Dodatnih 10 do 40% mase dolazi od vruće međugalaktičke tvari, a ostatak je nevidljiv. Početkom 1970-ih, na temelju mjerenja krivulja rotacije bliskih spiralnih galaktika, Vera Rubin je ustanovila da je 90% tvari prosječne galaktike nevidljivo. Za spiralne je galaktike opazila da njihova vanjska područja kruže brže nego što se očekuje na temelju Keplerovih zakona. Izmjerene krivulje rotacija upućuju na to da u vanjskim sferičnim područjima (haloima) galaktika mora postojati deset puta više nevidljive tvari nego što ima opažene tvari. Dio te tamne tvari mogu biti machoi smeđi ili bijeli patuljci koji djeluju kao gravitacijske leće, na temelju čega bi mogli biti detektirani. Oni se ubrajaju u takozvanu barionsku tamnu tvar, kojoj pripadaju i neutronske zvijezde i crne rupe. No postoje kozmološka ograničenja (iz proračuna prvotne nukleosinteze) prema kojima udjel barionske tvari u svemiru ne može biti veći od 15%. Stoga prevladavajuća tamna tvar mora biti nebarionska. Jedno objašnjenje za takvu tvar su neutrini, koji se zbog svoje male mase ponašaju kao relativističke čestice (takozvana vruća tamna tvar). Moguća nerelativistička (hladna) tamna tvar sastojala bi se od još neotkrivenih wimp čestica, masivnih slabomeđudjelujućih čestica. O tipu prevladavajuće tamne tvari ovisi način stvaranja struktura u svemiru. Kompjutorske simulacije pokazuju da, uz pretpostavku prevladavajuće hladne tamne tvari, stvaranje ide od najmanjih svemirskih struktura prema galaktikama i njihovim nakupinama.
Dokazi postojanja
Skupovi galaktika
Do prvog dokaza o postojanju značajne količine tvari koju nismo u stanju vidjeti došlo se istraživanjem skupova galaksija – nakupina nekoliko stotina do nekoliko tisuća galaksija. Tridesetih godina 20. stoljeća Zwicky i Smith su istraživali dva bliska skupa galaksija: u zviježđu Berenikina kosa i u zviježđu Djevice. Pomoću Dopplerovog učinka mjerili su brzine pojedinih galaktika u skupu, te ustanovili da su brzine reda 10 do 100 puta veće od očekivanih. U grupi galaktika kao što su ovi skupovi, jedina značajna sila kojom galaktike djeluju jedna na drugu je gravitacija. Brzine gibanja pojedinačnih galaktika upućuju na masu skupa: ako je brzina pojedine galaktike prevelika, ona može pobjeći iz skupa, pa sama činjenica da je galaktika u skupu ukazuje na prisustvo jake sile gravitacije koja sprečava bijeg ovih brzih galaksija. Ova metoda ipak nije savršena. Gibanje galaktika je jako sporo, pa mi zapravo nikad ne vidimo galaktike u gibanju. Galaksija kojoj smo izmjerili veliku brzinu možda zaista napušta skup, ili je samo u prolazu, ili je ispred skupa.
Rotacijske krivulje galaktika
Predviđena (A) i stvarna (B) rotacijska krivulja tipične spiralne galaksije.
Jači dokaz, koji je obuhvaćao pouzdanije podatke i veći broj ispitanih galaksija, pojavio se sedamdesetih godina 20. stoljeća, kada su Rubin, Freeman, Peebles i drugi mjerili rotacijske krivulje galaksija. Zvijezde koje čine galaksiju okreću se oko središta galaksije, slično planetima koji se okreću oko Sunca. Oba gibanja je moguće opisati Keplerovim zakonima, koji kažu da brzina obilaženja oko centra ovisi samo o udaljenosti od centra i masi sadržanoj unutar putanje. Rotacijske krivulje galaktika su grafovi koji prikazuju odnos brzine obilaženja zvijezda oko središta i udaljenosti od središta. Mjerenjem brzina zvijezde na različitim udaljenostima od središta moguće je izmjeriti masu unutar raznih orbita, te odrediti kako je masa u galaksiji raspoređena. Uzimajući u obzir samo masu koja svijetli (zvijezde) bilo je za očekivati da će brzine zvijezde lagano opadati s udaljenošću, međutim, rezultati su pokazali suprotno. Izmjerene brzine zvijezde su bile daleko iznad očekivanih, što govori da nam je veći dio mase galaktike nevidljiv. Izračunato je postojanje tamne tvari izvan granica središnjeg svijetlog diska galaksije, te u halou iznad i ispod diska. Ovakva mjerenja su izvršena na velikom broju galaksija, sva s istim rezultatima. Galaksijske rotacijske krivulje su najjači dokaz postojanja velikog udjela tamne tvari u masi svemira.
Gravitacijske leće
Gravitacijske leće (slika sa Svemirskog teleskopa Hubble).
Prema općoj teoriji relativnosti, velike mase mogu zakriviti prostor-vrijeme, te tako saviti putanju svjetla. Na taj način vrlo masivni objekti, kakvi su skupovi galaksija, fokusiraju svjetlost i tvore prirodne gravitacijske leće. Slika udaljenog objekta može biti pojačana, iskrivljena i višestruka – što ovisi o položaju udaljenog objekta prema leći. U idealnom slučaju, kada je udaljeni objekt točno iza središta leće, slika je u obliku prstena (Einsteinov prsten). Kada je leća na oko pola puta do udaljenog objekta, pojačanje može doseći i vrijednost 100. Kakvi objekti mogu biti uzrok pojave gravitacijske leće? U našoj galaksiji su to planeti, smeđi patuljci i mrtve zvijezde. Nekoliko projekata prati sjaj milijuna zvijezda u Magellanovim oblacima i Andromedinoj galaksiji. Kada jedan takav macho (eng. MAssive Compact Halo Objects: kompaktni masivni objekti u haloima) objekt u galaksijskom halou zakloni zvijezdu iza njega, sjaj zvijezde će, uslijed učinka leće, nakratko porasti. Analizom varijacije svjetla zvijezde moguće se procijeniti masu macho objekta koji je uzrokovao učinak. Masivne galaktike i skupovi galaktika također mogu uzrokovati ovu pojavu, pri čemu su slike često jako iskrivljene zbog nepravilne rasopodjele mase u galaksiji-leći. Koristeći računalne modele, moguće je izračunati masu takvog skupa-leće. Takvi proračuni potvrđuju procjene masa skupova.
Što čini tamnu tvar?
Budući da je tamna tvar još uvijek teorija, postoji nekoliko mogućih odgovora u kakvom obliku se ona može nalaziti. Dvije najvjerojatnije mogućnosti su Barionska tamna tvar i takozvane egzotične čestice. Treća, pomalo ekstremna, mogućnost je da mi još uvijek u potpunosti ne razumijemo gravitaciju. Možda se gravitacija na većoj skali ne ponaša po istim zakonima kao na maloj skali.
Barionska tamna tvar
Barionska tamna tvar je ona koja je sastavljena od nama poznatih čestica: protona, elektrona, neutrona i slično, ali ne svijetli. Nekoliko različitih vrsta objekata može činiti barionsku tamnu tvar:
Planeti. Postoji nekoliko problema s ovom idejom. Današnje spoznaje govore da planeti nastaju samo oko zvijezda, pa bi njihova masa bila zanemariva prema masama matičnih zvijezda. Takvi planeti bi mogli povećati vrijednost jedinice Ω za ne više od 0,005, što je zanemarivo.
Smeđi patuljci. Smeđi patuljci su zvijezde koje nisu dovoljno masivne da bi stvorile uvjete za pokretanje termonuklearnih reakcija u njihovu središtu. Ponekad se nazivaju i Jupiteri, zbog toga što bi Jupiter bio mala zvijezda da ima 10 puta veću masu.
Mrtve zvijezde. Ova skupina uključuje moguće nusprodukte usahlih zvijezda: bijele patuljke, neutronske zvijezde i crne rupe. Prema našem shvaćanju, u Mliječnoj stazi do danas nije moglo nastati dovoljno mrtvih zvijezda da bi njihova masa iznosila 10 puta više od mase svijetle tvari.
Ove tri grupe objekata se zajedničkim imenom zovu macho (kompaktni masivni objekti u haloima).
Hladni plin i prašina. Moguće je da galaktike sadrže značajne količine plina koji još nije detektiran. Međutim, hladni atomski vodik bi odao svoje prisustvo radio valovima valne duljine 21 cm, a molekularni vodik bi zračio u ultraljubičastom dijelu spektra. Uz pomoć rendgenskih teleskopa utvrđeno je da se u međugalaktičkom prostoru unutar skupova galaktika nalaze oblaci vrlo rijetkog i vrućeg plina temperature oko 100 milijuna K. Masa ovog plina zajedno s običnom, svijetlom materijom najčešće sudjeluje sa 20% do 30% u ukupnoj masi skupa.
Veliku prepreku ideji o barionskoj tamnoj tvari čini nukleosinteza velikog praska (eng: Big Bang Nucleosyntesis, BBN), dio teorije Velikog praska koji objašnjava omjere količine različitih elemenata u svemiru. Problem je u tome što ovi dobro izračunati omjeri znatno ovise o pretpostavljenom omjeru bariona i fotona. Broj fotona je procijenjen na osnovu mjerenja temperature pozadinskog zračenja. Ispravni omjeri se iz teorije BBN mogu izvući samo uz barionsku tvar od oko Ω = 0,1. S obzirom da je vidljiva masa procjenjena na Ω = 0,05, očito da je dio barionske tvari taman. Međutim, rotacijske krivulje galaktika ukazuju na mnogo veće količine tamne tvari, pa dio tamne tvari mora biti nebarionski. Naravno, uvijek ostaje mogućnost da je BBN teorija kriva. Ipak, BBN toliko uspješno objašnjava omjere elemenata u svemiru da većina astronoma radije razmatra druge opcije.
Macho
Macho (od engl. Massive Compact Halo Object: masivni kompaktni objekt u halou) su nebeska tijela vrlo slaboga sjaja, izgrađeni od obične (barionske) tvari, na primjer planeti, smeđi patuljci, crne rupe i drugo. Machoi čine manji dio nevidljive tamne tvari. Njihovim postojanjem ne može se objasniti brza rotacija galaktika.
Egzotične čestice
Mnogi ovu vrstu tamne tvari nazivaju egzotičnom iako se samo radi o česticama koje nisu barioni. Mnoge od tih čestica su već pronađene, dok druge za sada postoje samo u teoriji. Neutrini su poznate čestice. Donedavno se smatralo da su bez mase, dok nije tijekom 2001. nakon dugo vremena riješen problem sunčevih neutrina. Otkriveno je da neutrini imaju nekakvu masu, ali vrlo malu – postavljena gornja granica te mase ne dozvoljava im da igraju značajniju ulogu u ukupnoj masi svemira, bez obzira na njihovu mnogobrojnost. Većina ostalih kandidata može se svrstati u kategoriju wimp (eng: Weakly Interacting Massive Particles: masivne čestice koje slabo interaktiraju). Ovo je klasa masivnih čestica koje rijetko ulaze u interakciju s običnom, barionskom tvari (inače bi ih bilo lako otkriti). U wimp spadaju čestice kao neutralini, fotini, gravitini, aksioni, magnetski monopoli i slično.
Wimp čestice
Primjer spiralne galaktike: Messier 101.
Wimp čestice (od engl. Weakly Interacting Massive Particle: slabomeđudjelujuća masivna čestica) su hipotetske čestice velike mase (10 ili 100 puta veće mase od mase protona) koje odbojno i slabo međudjeluju s običnom tvari. Do danas nisu otkrivene. Smatra se da čine većinu tamne tvari.
Vruća i hladna tamna tvar
Ako se tamna tvar sastoji od vrlo laganih čestica kao što su neutrini, te bi čestice mogle putovati vrlo brzo, prelaziti velike udaljenosti te stvarati strukture na velikoj skali. Takva se tamna tvar naziva vruća tamna tvar (eng: Hot Dark Matter, HDM) i mogla bi biti odgovorna za stvaranje velikih zidova i filamenata. Ako se, pak, tamna tvar sastoji od teških čestica (wimp čestice) koje se gibaju relativno sporo, one bi stavarale strukturu na maloj skali (veličine galaksija). Takvu tamnu tvar nazivamo hladna tamna tvar (eng: Cold Dark Matter, CDM). Obje vrste tamne tvari su problematične. Vruća tamna tvar ne može objasniti stvaranje galaksija, a hladna stvaranje strukture na velikoj skali. Zbog toga se smatra da u stvaranju strukture svemira moraju igrati ulogu obje vrste tamne tvari. Takva se tamna tvar naziva miješana tamna tvar (eng: Mixed Dark Matter, MDM).
Tamna energija
Tamna energija, prema modernoj fizikalnoj kozmologiji, je nevidljiv sastojak svemira koji ispunjava sav prostor i uzrokuje njegovo ubrzano širenje. Takvo ubrzano širenje svemira ustanovile su 1997. dvije skupine znanstvenika na temelju pojava supernova tipa Ia. U okviru standardnoga kozmološkog modela, za ubrzano širenje prevladavajuća tvar u svemiru mora biti fluid koji posjeduje negativni tlak, a nazvan je tamna energija. Po mjerenjima iz 2003., tamna energija čini 73% ukupne gustoće energije svemira. Jedno od mogućih objašnjenja za tamnu energiju je energija takozvanog kvantnomehaničkog vakuuma (kvantni šum). Za razliku od ostalih sastojaka svemira, takva gustoća energije vakuuma ne mijenja se u kozmičkom vremenu i kao takva ima ulogu kozmološke konstante u Einsteinovim jednadžbama opće teorije relativnosti. Ako se opažanja objasne efektivnom kozmološkom konstantom, tada ona odgovaraju otkriću gustoće energije vakuuma prostora sićušne vrijednosti od 10–27 kg/m³. Tamna energija može biti predstavljena i skalarnim poljima (takozvana kvintesencija) koja se mijenjaju u prostoru i vremenu, no zadržavaju isti antigravitacijski učinak, tako da se u kozmološkim epohama u kojima prevladava tamna energija govori o inflaciji (napuhivanju) svemira.
Izvori
tamna tvar, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
macho, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
wimp čestice, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
tamna energija, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
