Composição do Universo

O universo é um lugar vasto e fascinante. Quando os astrônomos consideram do que é feito, eles podem apontar mais diretamente para os bilhões de galáxias que ele contém. Cada uma delas tem milhões ou bilhões - ou até trilhões - de estrelas. Muitas dessas estrelas têm planetas. Há também nuvens de gás e poeira.

Entre as galáxias, onde parece haver muito pouco "material", nuvens de gases quentes existem em alguns lugares, enquanto outras regiões são vazios quase vazios. Tudo isso é material que pode ser detectado. Então, quão difícil pode ser olhar para o cosmos e estimar, com razoável precisão, a quantidade de massa luminosa (o material que podemos ver) em o universo, usando rádio, infravermelho e raio X astronomia?

Agora que os astrônomos têm detectores altamente sensíveis, estão fazendo grandes avanços para descobrir a massa do universo e o que compõe essa massa. Mas esse não é o problema. As respostas que eles estão recebendo não fazem sentido. O método deles de somar a massa está errado (não é provável) ou existe algo mais por aí; outra coisa que eles não podem

Uma das maiores evidências para a massa do universo é algo chamado fundo cósmico de microondas (CMB). Não é uma "barreira" física ou algo assim. Em vez disso, é uma condição do universo primitivo que pode ser medida usando detectores de microondas. O CMB remonta logo após o Big Bang e é na verdade a temperatura de fundo do universo. Pense nisso como um calor que é detectável em todo o cosmos igualmente de todas as direções. Não é exatamente como o calor saindo do Sol ou irradiando de um planeta. Em vez disso, é uma temperatura muito baixa medida em 2,7 graus K. Quando os astrônomos medem essa temperatura, eles vêem pequenas, mas importantes flutuações se espalharem por todo esse fundo "calor". No entanto, o fato de existir significa que o universo é essencialmente "plano". Isso significa que ele se expandirá para sempre.

Então, o que esse achatamento significa para descobrir a massa do universo? Essencialmente, dado o tamanho medido do universo, isso significa que deve haver massa e energia suficientes presentes para torná-lo "plano". O problema? Bem, quando os astrônomos somam todo o matéria "normal" (como estrelas e galáxias, mais o gás no universo, isso é apenas cerca de 5% da densidade crítica que um universo plano precisa para permanecer plano.

Isso significa que 95% do universo ainda não foi detectado. Está lá, mas o que é isso? Cadê? Os cientistas dizem que existe como matéria escura e energia escura.

A massa que podemos ver é chamada de matéria "bariônica". São os planetas, galáxias, nuvens de gás e aglomerados. A massa que não pode ser vista é chamada matéria escura. Há também energia (luz) que podem ser medidos; Curiosamente, há também a chamada "energia escura". e ninguém tem uma ideia muito boa do que é isso.

Então, o que compõe o universo e em que porcentagens? Aqui está um detalhamento das proporções atuais de massa no universo.

Primeiro, existem os elementos pesados. Eles compõem cerca de 0,03% do universo. Por quase meio bilhão de anos após o nascimento do universo, os únicos elementos que existiram foram hidrogênio e hélio. Eles não são pesados.

No entanto, depois que as estrelas nasceram, viveram e morreram, o universo começou a ser semeado com elementos mais pesados ​​que o hidrogênio e o hélio que foram "cozidos" dentro das estrelas. Isso acontece quando as estrelas fundem hidrogênio (ou outros elementos) em seus núcleos. Stardeath espalha todos esses elementos para o espaço através de nebulosas planetárias ou explosões de supernovas. Uma vez que eles estão espalhados para o espaço. eles são o material principal para a construção das próximas gerações de estrelas e planetas.

Este é um processo lento, no entanto. Mesmo quase 14 bilhões de anos após sua criação, a única pequena fração da massa do universo é composta de elementos mais pesados ​​que o hélio.

Os neutrinos também fazem parte do universo, embora apenas cerca de 0,3% dele. Estes são criados durante o processo de fusão nuclear nos núcleos das estrelas, os neutrinos são partículas quase sem massa que viajam quase à velocidade da luz. Juntamente com a falta de carga, suas pequenas massas significam que elas não interagem prontamente com a massa, exceto pelo impacto direto em um núcleo. Medir neutrinos não é uma tarefa fácil. Mas permitiu aos cientistas obter boas estimativas das taxas de fusão nuclear do nosso Sol e de outras estrelas, bem como uma estimativa da população total de neutrinos no universo.

Quando os observadores de estrelas olham para o céu noturno, quase tudo o que vê são estrelas. Eles compõem cerca de 0,4% do universo. No entanto, quando as pessoas olham para a luz visível que vem de outras galáxias, quase tudo o que vêem são estrelas. Parece estranho que eles constituam apenas uma pequena parte do universo.

Então, o que é mais abundante do que estrelas e neutrinos? Acontece que, em quatro por cento, os gases compõem uma parte muito maior do cosmos. Eles geralmente ocupam o espaço entre estrelas e, nesse caso, o espaço entre galáxias inteiras. O gás interestelar, que na maior parte é apenas hidrogênio e hélio elementar livre, compõe a maior parte da massa do universo que pode ser medida diretamente. Esses gases são detectados usando instrumentos sensíveis aos comprimentos de onda do rádio, infravermelho e raio-x.

Matéria escura

O segundo "material" mais abundante do universo é algo que ninguém viu de outra maneira detectado. No entanto, compõe cerca de 22% do universo. Cientistas analisando o movimento (rotação) das galáxias, bem como a interação das galáxias nos aglomerados de galáxias, descobriram que todo o gás e poeira presentes não são suficientes para explicar a aparência e os movimentos das galáxias. Acontece que 80% da massa nessas galáxias deve ser "escura". Ou seja, não é detectável em qualquer comprimento de onda da luz, rádio através raio gama. É por isso que esse "material" é chamado de "matéria escura".

A identidade dessa massa misteriosa? Desconhecido. O melhor candidato é matéria escura fria, que é teorizado como uma partícula semelhante a um neutrino, mas com uma massa muito maior. Pensa-se que essas partículas, freqüentemente conhecidas como partículas maciças interagindo fracamente (WIMPs) surgiu das interações térmicas no início galáxia formações. No entanto, ainda não fomos capazes de detectar matéria escura, direta ou indiretamente, ou criá-la em laboratório.

A massa mais abundante do universo não é matéria escura, nem estrelas, nem galáxias, nem nuvens de gás e poeira. É algo chamado "energia escura" e compõe 73% do universo. De fato, a energia escura não é (provavelmente) sequer maciça. O que torna sua categorização de "massa" um tanto confusa. Então o que é? Possivelmente, é uma propriedade muito estranha do próprio espaço-tempo, ou talvez até algum campo de energia inexplicável (até agora) que permeia todo o universo. Ou não é nenhuma dessas coisas. Ninguém sabe. Somente o tempo e muito mais dados serão suficientes.

Editado e atualizado por Carolyn Collins Petersen.