Mørk materie og mørk energi

Astronomi C · STX · C-niveau · Kosmologi

🌌 Mørk materie og mørk energi

Universets to største mysterier. Vi kan IKKE se dem, men MATEMATIK kræver at de eksisterer.

Universets energi/masse-sammensætning

• Almindelig (baryonisk) materie: 5% — alt vi kan se og røre
• Mørk materie: 27% — usynlig, men har tyngdekraft
• Mørk energi: 68% — accelererer universets udvidelse

Mørk materie

Evidens:

1. Galaksers rotationskurver (Vera Rubin, 1970'erne): galaksernes ydre dele roterer for hurtigt — der MANGLER masse

2. Gravitationslinsning: lys bøjes af masse (Einsteins relativitetsteori) — bøjningen er stærkere end synlig materie forklarer

3. Galaksehobe: galaksehobe holder bedre sammen end den synlige masse burde tillade

4. CMB-mønster: korrugationsmønsteret i den kosmiske baggrundsstråling kræver mørk materie

Hvad er mørk materie?

Vi ved det ikke. Kandidater:

• WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles): hypotetiske tunge partikler
• Aksioner: ultra-lette partikler
• Primordiale sorte huller: sorte huller fra universets start
• Ingen er bekræftede eksperimentelt (endnu)

Mørk energi

Evidens:

• 1998: Type Ia supernovaer viser at universets udvidelse ACCELERERER (Nobel 2011)
• En form for energi modvirker tyngdekraften i store skalaer

Hvad er mørk energi?

• Kosmologisk konstant (Λ): Einsteins term (han kaldte det selv "min største blunder")
• Kvantum-vacuum energi: vakuum vibrationer?
• Quintessence: dynamisk felt der varierer over tid?
• Modifikation af tyngdekraften: måske Einsteins teori er ufuldstændig?

Fremtidig forskning:

• Euclid-teleskopet (ESA, 2023-): kortlægger galaksernes fordeling for at studere mørk energi

Læringsmål

• Forklare evidensen for mørk materie (rotationskurver, gravitationslinsning)
• Forklare evidensen for mørk energi (accelereret udvidelse)
• Angive universets energi/masse-fordeling (5%/27%/68%)
• Kende mindst 2 kandidater til mørk materie
• Forklare Vera Rubins bidrag til opdagelsen af mørk materie

Sådan kan du arbejde med emnet

• Forklar hvorfor astronomer mener, at mørk materie findes, selvom den ikke kan ses direkte
• Beskriv forskellen mellem mørk materie og mørk energi
• Diskutér hvorfor mørk energi er et af de største uløste mysterier i astronomien

Træningsforslag

• Find Vera Rubins rotationskurver (Google: "galaxy rotation curve dark matter")
• Søg: Hvad har CERN-eksperimenter fundet om mørk materie?
• Diskuter: Hvad sker der med universet om 1 billion år?