Σκοτεινh yλη και Σκοτεινh Ενeργεια Εργασία για το μάθημα της Φυσικής Β’ Λυκείου Μαργαρiτα Φυλακτaκη 2018-2019

Οριςμοι ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΥΛΗ ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Αθέατη ύλη, που κατακλύζει το σύμπαν και βρίσκεται ανάμεσα στους αστέρες και τους γαλαξίες. Επιδρά στις κινήσεις των αστέρων, την περιστροφή των γαλαξιών κ.λπ. Η σκοτεινή ύλη περιλαμβάνεται στον κλάδο της κοσμολογίας. ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Ένα υποθετικό είδος ενέργειας που διατρέχει όλο το διάστημα και έχει δυνατή αρνητική πίεση. Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας, το αποτέλεσμα μιας τέτοιας αρνητικής πίεσης είναι ποιοτικά ανάλογο με μια δύναμη που δρα σε αντίθεση με τη βαρύτητα σε μεγάλη κλίμακα.

Σκοτεινή ύλη: μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της σύγχρονης φυσικής

Ιδιότητες της σκοτεινής ύλης Μπορεί να μην ξέρουμε ακριβώς ποιες ιδιότητες έχει η σκοτεινή ύλη, αλλά πρέπει…: 1 Να αντιδρά βαρυτικά 2 Να βρίσκεται παντού στο σύμπαν και με μεγαλύτερη συγκέντρωση στην άλω των γαλαξιών, δηλαδή κοντά στη συνηθισμένη βαρυτική ύλη 3 Να είναι ηλεκτρίκα ουδέτερη (αλλιώς θα είχε ανιχνευτεί) 4 Να μπορεί να συμμετέχει στις ασθενείς αλληλεπιδράσεις 5 Να διαπερνά χωρίς δυσκολία μέσα από πυκνή ύλη (τη Γη, τον Ήλιο κλπ.)

ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΒΑΡΥΟΝΙΚΗΣ ΥΛΗΣ Σύσταση της σκοτεινής ύλης Μια πρόταση ήταν ότι η σκοτεινή ύλη είναι απλώς ένα μεγάλο ποσό συνηθισμένης ύλης, αυτής που ονομάζεται βαρυονικής. ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΒΑΡΥΟΝΙΚΗΣ ΥΛΗΣ Μαύρες τρύπες Αστέρια νετρονίων Καφέ νάνοι Πλανήτες Οργανωμένη σε μορφή μεσογαλαξιακών νεφών Οργανωμένη σε μορφή μεσογαλαξιακής σκόνης Οργανωμένη σε σκοτεινούς γαλαξίες Πρωτόνια Νετρόνια Βαρυονική ύλη

Ψυχρή Καυτή Μη βαρυονική ύλη Πολύ γρήγορα κινούμενα σωματίδια π.χ. Νετρίνια και φωτόνια ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας π.χ. WIMP Αργά κινούμενα σωματίδια

FRITZ ZWICKY

Άρα η επιπλέον ποσότητα της ύλης είναι η σκοτεινή! FRITZ ZWICKY Mελέτησε τους 1000 γαλαξίες που αποτελούν το σμήνος Υπολόγισε την ταχύτητα περιστροφής του σμήνους Υπολόγισε τη συνολική του μάζα Κατέγραψε το συνολικό φως των γαλαξιών της Κόμης της Βερενίκης Υπολόγισε τον λόγο Φωτεινότητα/Μάζα Υποθέτοντας την ύπαρξη μιας μεγάλης ποσότητας μάζας που δεν εκπέμπει φώς και δεν συμβάλλει στη φωτεινότητα διαπίστωσε ότι: Φωτεινότητα Φωτεινότητα Σμήνου < Ηλίου Μάζα Μάζα Άρα η επιπλέον ποσότητα της ύλης είναι η σκοτεινή!

JAMES PEEBLES AND JEREMIAH OSTRIKER

Jeremy and James Άρα η επιπλέον ποσότητα ύλης είναι η σκοτεινή! Ανέπτυξαν έναν υπολογιστικό κώδικα που προσομοίωνε την εξέλιξη των γαλαξιών μέσο της αλληλεπίδρασης της ύλης και της ακτινοβολίας Παρατήρησαν πως η μάζα του κάθε γαλαξία, κατά την εξέλιξή του, τίνει να συγκεντροθεί στο κέντρο του. Το συμπέρασμα ήταν αντίθετο από αυτό των γαλαξιών με ελλειπτική ή σπειροειδή μορφή.(Η μάζα κατανέμεται γύρω από αυτόν.) Από αυτήν την παρατήρηση ήταν φυσικά αδύνατη η ύπαρξη όλων των γαλαξιών εφόσον όλοι αργά η γρήγορα θα κατέρρεαν προς το κέντρο τους. Υπέθεσαν λοιπόν την ύπαρξη περισσότερης ύλης η οποία δεν αλληλεπιδρά με την ακτινοβολία. Άρα η επιπλέον ποσότητα ύλης είναι η σκοτεινή!

VERA RUBIN AND KENT FORD

Άρα Η επιπλέον ποσότητα ύλης είναι η σκοτεινή! Rubin and Ford Μελέτησαν τον γαλαξία της Ανδρομέδας Υπολόγισαν την ταχύτητα των νεφών υδρογόνου της. Η ταχύτητα της περιστροφής των νεφών είναι σταθερή και δεν εξαρτάται από την απόσταση από το κέντρο ούτε από το νόμο του Kepler Τα τετράγωνα (^2) των αστρικών περιστροφών των πλανητών είναι ανάλογα των κύβων (^3) της μέσης απόστασης τους από τον Ήλιο. ( 3ΟΣ ΝΟΜΟΣ) Η μόνη λύση ήταν η υπόθεση μιας επιπλέον ποσότητα ύλης. Έτσι ώστε να συμφωνούν τα δεδομένα με το νόμο του Kepler η Rubin πρότεινε η ποσότητα αυτή να αυξάνεται καθώς απομακρύνεται από το κέντρο του γαλαξία. Άρα Η επιπλέον ποσότητα ύλης είναι η σκοτεινή!

Εκτός όμως από την άμεση ανίχνευση σκοτεινής ύλης, υπάρχουν και πειράματα που στηρίζονται στην έμμεση ανίχνευσή της.  Το πείραμα AMS που χτίστηκε και αναπτύχθηκε στο CERN και σήμερα βρίσκεται εγκατεστημένο στον διεθνή διαστημικό σταθμό ψάχνοντας για ακτίνες γάμμα μεγάλης ενέργειας που μπορεί να προέρχονται από τη εξαύλωση σωματιδίων σκοτεινής ύλης 

https://www.youtube.com/watch?v=ihbKnrZSxP0 The cdms experiment

Βιβλιογραφία http://www.physics4u.gr/news/2005/scnews1756.html http://www.indeepanalysis.gr/episthmes/anichneyontas-thn-skoteinh-ylh http://www.indeepanalysis.gr/episthmes/anichneyontas-thn-skoteinh-ylh- meros-deytero https://www.naftemporiki.gr/story/705107/baria-i-elafria-skoteini-uli https://www.youtube.com/watch?v=2gWzwG1KNe8 https://www.youtube.com/watch?v=QG-aVfc0eGc