W poszukiwaniu ciemnej materii
2 Mar 2010r. w Astronomia Pozagalaktyczna napisał/a Mateusz MarońskiCzy szyb kopalniany to idealne miejsce do poszukiwań ciemnej materii? Dla zespołu badawczego z Uniwersytetu na Florydzie z całą pewnością tak.
Czy szyb kopalniany to idealne miejsce do poszukiwań ciemnej materii? Dla zespołu badawczego z Uniwersytetu na Florydzie z całą pewnością tak. W trakcie 9 lat trwania badań, zespół zajmował się poszukiwaniem jakichkolwiek śladów niezwykle trudnego do zbadania materiału poprzez użycie germanowych i krzemowych detektorów schłodzonych do temperatury bliskiej zera absolutnego. Badania wysuwają coraz to nowe przypuszczenia, ale również zwiększają determinację badaczy do dalszych dociekań.
Gromada galaktyk 1E0657-558
Zagadnienie dotyczące ciemnej materii można rozważyć na przykładzie Układu Słonecznego. Merkury w celu utrzymania się na swojej orbicie musi poruszać się z prędkością 48 km/s, podczas, gdy odległy Neptun może poruszać się po orbicie wokół Słońca z prędkością zaledwie 5 km/s. Takie zjawisko zdaje się nie pasować do tych zaobserwowanych w Drodze Mlecznej lub innych badanych galaktykach. Ogólnie rzecz biorąc, w odległych zakątkach galaktyk spiralnych można zaobserwować ciała, które poruszają się po swoich orbitach z podobną prędkością, co ciała znajdujące się bardzo blisko centrum galaktyki. Jest to bardzo interesujące, zwarzywszy na fakt, że w takich systemach grawitacja zdaje się nie być na tyle silna, aby utrzymać poruszający się z dużą szybkością materiał w jego peryferyjnych częściach, który powinien raczej odlecieć w przestrzeń kosmiczną.
Ruch galaktyk oraz to, w jaki sposób są one ze sobą związane tłumaczy większa grawitacja, która musi być powodowana przez większą ilość masy - w ten sposób dochodzimy do zagadnienia ciemnej materii. Ciemna materia tłumaczy, dlaczego skupiska galaktyk nie rozpraszają się oraz wyjaśnia występujące na dużą skalę zjawiska soczewkowania grawitacyjnego, co można zaobserwować na przykładzie gromady galaktyk 1E0657-558 (zdjęcie powyżej).
Symulacje komputerowe mogą sugerować, że galaktyki posiadają w swojej strukturze ciemną materię oraz halo ciemnej materii, które łącznie stanowią do 90% całkowitej masy galaktyki.
Obecnie uważa się, że niewielka część ciemnej materii składa się z barionów - cząstek składających się z protonów i neutronów istniejących w formie zimnego gazu oraz gęstych, niepromieniujących obiektów takich jak czarne dziury, gwiazdy neutronowe, brązowe karły oraz osamotnione planety (znane jako MACHO - Masywne zwarte obiekty halo).
Wiele jednak wskazuje na to, że nie istnieje wystarczająca ilość ciemnej barionowej materii, która mogłaby być odpowiedzialna za efekty działania ciemnej materii. To nasuwa wniosek, że zdecydowana większość ciemnej materii nie jest zbudowana z barionów, lecz ze Słabo Oddziałujących Masywnych Cząstek - cząstek WIMP.
Teoretycznie, cząstki WIMP są przezroczyste i bezrefleksyjne na wszystkich długościach fal oraz prawdopodobnie nie posiadają ładunku elektrycznego. Neutrina, których duże ilości tworzą się na skutek reakcji termojądrowych gwiazd, pasowałyby tu idealnie, gdyby nie ich zbyt mała masa. Obecnie najlepszym kandydatem spośród cząstek WIMP są Neutralina, hipotetyczne cząstki, których istnienie zakłada teoria supersymetrii.
Drugi eksperyment badawczy w celu poszukiwania ciemnej materii CDMS II (Cryogenic Dark Matter Search Experiment) jest prowadzony w głębinach kopalni żelaza w Minnesocie. Bardzo duża głębokość, na której prowadzone są badania umożliwia odszukanie tylko tych cząstek, które są zdolne przenikać tak głębokie partie planety. Kryształowe detektory CDMS II poszukują obecności fononów oraz zjawiska jonizacji, co może okazać się pomocne do rozróżnienia interakcji elektronowych i jądrowych. Zakłada się, że cząstki ciemnej materii WIMP nie reagują z elektronami jednocześnie wchodząc w reakcje z jądrem.
Wyniki uzyskane przez zespół badawczy z Uniwersytetu na Florydzie nie powinny być uznawane za kluczowe w badaniach samego zjawiska, jednak mogą one naprowadzić kolejnych badaczy na właściwe tory poszukiwań ciemnej materii.
Poprzez ukazanie jak trudne jest bezpośrednie wykrycie cząstek WIMP, eksperyment CDMS II dowodzi potrzeby użycia niezwykle czułych detektorów w celu przeprowadzenia dokładniejszych poszukiwań ciemnej materii.
Gromada galaktyk 1E0657-558
Zagadnienie dotyczące ciemnej materii można rozważyć na przykładzie Układu Słonecznego. Merkury w celu utrzymania się na swojej orbicie musi poruszać się z prędkością 48 km/s, podczas, gdy odległy Neptun może poruszać się po orbicie wokół Słońca z prędkością zaledwie 5 km/s. Takie zjawisko zdaje się nie pasować do tych zaobserwowanych w Drodze Mlecznej lub innych badanych galaktykach. Ogólnie rzecz biorąc, w odległych zakątkach galaktyk spiralnych można zaobserwować ciała, które poruszają się po swoich orbitach z podobną prędkością, co ciała znajdujące się bardzo blisko centrum galaktyki. Jest to bardzo interesujące, zwarzywszy na fakt, że w takich systemach grawitacja zdaje się nie być na tyle silna, aby utrzymać poruszający się z dużą szybkością materiał w jego peryferyjnych częściach, który powinien raczej odlecieć w przestrzeń kosmiczną.
Ruch galaktyk oraz to, w jaki sposób są one ze sobą związane tłumaczy większa grawitacja, która musi być powodowana przez większą ilość masy - w ten sposób dochodzimy do zagadnienia ciemnej materii. Ciemna materia tłumaczy, dlaczego skupiska galaktyk nie rozpraszają się oraz wyjaśnia występujące na dużą skalę zjawiska soczewkowania grawitacyjnego, co można zaobserwować na przykładzie gromady galaktyk 1E0657-558 (zdjęcie powyżej).
Symulacje komputerowe mogą sugerować, że galaktyki posiadają w swojej strukturze ciemną materię oraz halo ciemnej materii, które łącznie stanowią do 90% całkowitej masy galaktyki.
Obecnie uważa się, że niewielka część ciemnej materii składa się z barionów - cząstek składających się z protonów i neutronów istniejących w formie zimnego gazu oraz gęstych, niepromieniujących obiektów takich jak czarne dziury, gwiazdy neutronowe, brązowe karły oraz osamotnione planety (znane jako MACHO - Masywne zwarte obiekty halo).
Wiele jednak wskazuje na to, że nie istnieje wystarczająca ilość ciemnej barionowej materii, która mogłaby być odpowiedzialna za efekty działania ciemnej materii. To nasuwa wniosek, że zdecydowana większość ciemnej materii nie jest zbudowana z barionów, lecz ze Słabo Oddziałujących Masywnych Cząstek - cząstek WIMP.
Teoretycznie, cząstki WIMP są przezroczyste i bezrefleksyjne na wszystkich długościach fal oraz prawdopodobnie nie posiadają ładunku elektrycznego. Neutrina, których duże ilości tworzą się na skutek reakcji termojądrowych gwiazd, pasowałyby tu idealnie, gdyby nie ich zbyt mała masa. Obecnie najlepszym kandydatem spośród cząstek WIMP są Neutralina, hipotetyczne cząstki, których istnienie zakłada teoria supersymetrii.
Drugi eksperyment badawczy w celu poszukiwania ciemnej materii CDMS II (Cryogenic Dark Matter Search Experiment) jest prowadzony w głębinach kopalni żelaza w Minnesocie. Bardzo duża głębokość, na której prowadzone są badania umożliwia odszukanie tylko tych cząstek, które są zdolne przenikać tak głębokie partie planety. Kryształowe detektory CDMS II poszukują obecności fononów oraz zjawiska jonizacji, co może okazać się pomocne do rozróżnienia interakcji elektronowych i jądrowych. Zakłada się, że cząstki ciemnej materii WIMP nie reagują z elektronami jednocześnie wchodząc w reakcje z jądrem.
Wyniki uzyskane przez zespół badawczy z Uniwersytetu na Florydzie nie powinny być uznawane za kluczowe w badaniach samego zjawiska, jednak mogą one naprowadzić kolejnych badaczy na właściwe tory poszukiwań ciemnej materii.
Poprzez ukazanie jak trudne jest bezpośrednie wykrycie cząstek WIMP, eksperyment CDMS II dowodzi potrzeby użycia niezwykle czułych detektorów w celu przeprowadzenia dokładniejszych poszukiwań ciemnej materii.
Odpowiedz na pytanie zadane w sondzie.
Zjawiska oraz wydarzenia w nadchodzącym miesiącu.
Zagłosuj lub zgłoś swoją stronę.
Ostatnio pisaliście:
śpioch
02.03.2012, 23:54