iqdepo // Láthatatlan tömeg (Dimenzió #20)

LÁTHATATLAN TÖMEG

A láthatatlan tömeg (hiányzó tömeg, sötét tömeg) fogalma a harmincas évek
környékén jelent meg. Olyan anyagot szoktak ezzel a megnevezéssel illetni,
amely egyáltalán nem vagy csak nagyon gyengén hat kölcsön a "normális"
(barionikus) anyaggal. Így nem bocsát ki sugárzást, amit fel tudnánk fogni,
innen a láthatatlan elnevezése. Csak gravitációs kölcsönhatása révén tudjuk
kimutatni, erre utal a tömeg elnevezés. Létezésére az alábbiak mutatnak: A
Tejútrendszerben, a galaktikus síkra közel merőlegesen mozgó csillagok
vizsgálatából a fősíkban elhelyezkedő anyag mennyiségére tudunk
következtetni. Ezeknek az égitesteknek mozgása arra utal, hogy az itt
található anyag tömege nagyjából kétszerese annak az értéknek, amelyet a
látható anyag alapján várhatnánk.
A galaxisok forgása sok esetben gyorsabb, mint az a bennük látható
anyagból következne. Amennyiben megmérjük pl. egy spirális galaxis
korongjában lévő csillagok keringési sebességét, a centrumtól kifelé haladva
adott távolság után annak csökkenését kellene tapasztalnunk. A megfigyelések
ezzel ellentétben arra utalnak, hogy a keringési sebességek egy bizonyos
távolság után közel állandóak maradnak, sőt időnként még növekednek is. A
csillagok keringése ezekben a régiókban annyira gyors, hogy ha csak akkora
anyagmennyiség lenne a galaxisban, mint amennyit láthatunk, a gravitáció nem
tudná megtartani a csillagokat, és azok szétrepülnének. Ez a jelenség
láthatatlan tömeg jelenlétére utal. Az elliptikus galaxisok körül
megfigyelhető röntgensugárzó forró gázanyagot sem tudná megtartani az
objektum, ha csak akkora tömege lenne, mint amennyit láthatunk. A
megfigyelések arra utalnak, hogy a nagyobb spirális és elliptikus galaxisok
tízszer, százszor annyi láthatatlan anyagot tartalmaznak, mint láthatót. Ez
valószínűleg egy kiterjedt koronának nevezett tartományban található, amely
jelentősen nagyobb a galaxis látható részénél.

A kísérőgalaxisok sebessége ugyanúgy elárulja anyagalaxisuk tömegét, mint
ahogyan egy hold keringési sebessége is elárulja bolygója tömegét. A
Tejútrendszer kísérőinek sebessége arra utal, hogy galaxisunk kb. 6-10-szer
annyi láthatatlan anyagot tartalmaz, mint láthatót. Ha a galaxishalmazok
annyi anyagot tartalmaznának, mint amennyi bennük látható, gyakran csak
átmeneti anyagcsoportosulások lennének. Tagjaik gyors mozgásuk miatt nem
tudnának együttmaradni, és lassanként szét kellene szóródniuk. Ahhoz, hogy
olyan erős gravitációs vonzást tételezzünk fel, ami egyben tudja tartani a
halmazokat, 10-20-szor annyi láthatatlan anyagnak kell jelen lennie, mint
láthatónak.

Gravitációs lencsék: A fénysugár a gravitációs térben elhajlik. A közeli,
nagytömegű objektumok mögött, azok irányában távol elhelyezkedő égitestekről
érkező fény útja megváltozik. A háttérobjektumok képének eltorzulásából,
megtöbbszöröződéséből a köztes, lencseként működő objektum tömegére lehet
következtetni. Ezek a megfigyelések arra utalnak, hogy a galaxishalmazokban
legalább tízszer annyi láthatatlan anyag van, mint látható.

A láthatatlan anyagra több "gyanúsítottunk" is van, ezeket két fő
csoportba lehet sorolni. Az egyik csoportba a "normál", barionokból álló
anyag tartozik, ez esetben a láthatatlan tömeget ugyanolyan anyag építi föl,
mint a láthatót - ám az valamilyen okból kifolyólag nem sugároz, vagy csak
nagyon gyengén teszi azt. Ilyenek lehetnek pl. barna törpék, fekete lyukak,
gyengén pislákoló törpecsillagok, kialudt fekete törpék. A másik nagy
csoportba a nem barionikus természetű anyag tartozik, ezen belül is két
alcsoportot lehet megkülönböztetni. A "forró" anyag közel fénysebességgel
mozgó részecskéket tartalmaz (pl. tau neutrínó), míg a "hideg", a
fénysebességnél lényegesen lassabban mozgó képzeletbeli részecskékből áll
(WIMP-ek, axionok stb.).

Ennek anyagnak az összetételére utalást kaphatunk, amennyiben a
Világegyetem deutérium-eloszlását vizsgáljuk. A deutérium akkor keletkezett
az Univerzumban, amikor az az ősrobbanás után kb. három perccel egy hatalmas
csillagként működött. Amennyiben nagy a barionsűrűség, sok deutérium alakul
héliummá, ha kicsi a barionsűrűség, több deutérium marad meg. A Világegyetem
jelenlegi deutérium-eloszlása arra utal, hogy a láthatatlan tömegnek csak
kis részét (4-10%-át) alkothatja barionikus anyag, a többit valamilyen
ismeretlen részecskének vagy részecskéknek kell fölépíteniük. Az Univerzum
jelenlegi ismereteink szerint pont a nyílt és a zárt geometria közötti határ
környékén mozog. A látható anyag az ehhez szükséges sűrűséget, tömeget
messze nem tudja létrehozni, a Világegyetem anyagának ezért 90-99%-a
láthatatlan formában kell, hogy jelen legyen.

Dimenzió #20

Csillagnézők

(csillagászattörténet, csillagászat, űrkutatás, fizika, asztrofizika)

Legnépszerűbb számunk

Legnépszerűbb cikkünk

Dimenziók