Spiegare la materia oscura e l'energia oscura al profano


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Con la mia poca conoscenza, lo so:

Materia oscura

Il centro di una galassia controlla / attira i suoi oggetti (stelle, pianeti, comete ecc.) Verso se stesso a causa della gravità. Ma la massa del centro di questa galassia sembra essere inferiore a quella che dovrebbe essere necessaria per attirare tutti gli oggetti della galassia. Quindi Dark Matter è lì, il che rende possibile questa attrazione o controllo.

Energia oscura

Questa è la forza che sta allontanando le galassie l'una dall'altra, e quindi facendo espandere l'universo. Se non abbiamo questa forza ipotetica, non possiamo spiegare perché le distanze tra le galassie siano in aumento.

Domanda

Per favore fatemi sapere quanto sono lontano dal significato / definizione attuale di questi termini? E come posso spiegarli a un laico che non ha o ha pochissime conoscenze di astronomia?

Grazie.

PS: Ho letto questa domanda qui , che è eccellente, ma non ho avuto idea di come spiegare a un laico.


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Fondamentalmente la versione del laico della risposta di MBR per la materia oscura nella domanda collegata è "Il bordo esterno della galassia dovrebbe ruotare più lentamente dell'interno in base alla materia che osserviamo, ma invece gira più o meno velocemente come l'interno - noi chiama qualunque cosa causi questa discrepanza materia oscura, come nella materia che deve essere lì che non osserviamo ". La tua spiegazione per l'energia oscura è ok.
chiamato2voyage

Hai bisogno di ulteriori spiegazioni? Altrimenti, suggerirei a qualcuno di aggiungere una spiegazione semplificata alla risposta di MBR e di chiuderla come duplicato.
chiamato2voyage

@ called2voyage: grazie. Se non è un problema, apprezzerei maggiori dettagli. Perché il bordo esterno dovrebbe girare più lentamente? Perché non è fisicamente "connesso"?
Farhan,

@ called2voyage: Inoltre, come l'aggiunta di Dark Matter risolverebbe questo problema? Grazie.
Farhan,

Risposte:


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Materia oscura La tua comprensione della materia oscura non è male, ma ecco alcuni dettagli chiarificatori. Orbite: la velocità dell'orbita di un oggetto è correlata a 2 cose: il raggio della sua orbita e la massa al suo interno. Nel sistema solare, oltre il 99% della massa è concentrata al centro, quindi il raggio è l'effetto dominante sulla velocità orbitale. Mentre guardiamo i pianeti più lontano dal sole, la loro velocità orbitale diminuisce. Nella galassia, è una storia simile, ma con l'aumentare del raggio orbitale, stai anche ottenendo sempre più massa all'interno della tua orbita poiché la galassia è piena di altre stelle. Tuttavia, ci aspetteremmo che le velocità orbitali diminuiscano mentre guardi gli oggetti verso il bordo della galassia, poiché le stelle diventano più diffuse man mano che ti allontani e non c'è abbastanza massa all'interno dell'orbita per compensare il raggio crescente. Anziché,

Ecco un esempio di una cosiddetta curva di rotazione della galassia a spirale NGC 3198 : inserisci qui la descrizione dell'immagine

Senza la materia oscura, ci aspetteremmo che la velocità degli oggetti in funzione del raggio (dal centro di massa) segua la curva denominata "disco". Tuttavia, ciò che vediamo sembra essere la somma dei due contributi (il disco e il 'alone di materia oscura' che circonda questo disco), che è sovrastampato con dati reali.

Abbiamo anche prove di questa massa extra da lenti gravitazionali. Quando la luce passa da un grande oggetto come un ammasso di galassie, il suo percorso può essere piegato dalla gravità di quell'oggetto. Possiamo vedere questo effetto quando un ammasso di galassie si trova di fronte a una galassia ancora più distante, la luce dall'oggetto di sfondo viene ingrandita e distorta. Possiamo calcolare il percorso che la luce deve aver preso per apparire quando la vediamo e la massa necessaria per piegarla in quel modo non può essere spiegata solo con le stelle e il gas che vediamo nel cluster di lenti. Questo suggerisce di nuovo che c'è una massa extra che non possiamo vedere.

Ecco una grande immagine di CFHT che mostra come funziona il cristallino.

Energia oscura Non sei troppo lontano con questo, con una grande distinzione: l'energia oscura è la 'forza' che sta facendo accelerare la sua espansione nell'universo . Ci aspettiamo che l'universo si espanda dal modello cosmologico del Big Bang, ma ci aspetteremmo che rallenti mentre la gravità reciproca di ogni cosa nell'universo agisce l'una sull'altra. L'energia oscura sembra essere una "pressione" su ogni parte dello spazio per espandersi, ma è molto debole ed è stata dominata dalla gravità e da altri fattori durante la maggior parte della storia dell'universo. È solo negli ultimi miliardi di anni che ha iniziato a prendere il sopravvento.

Funziona in questo modo. Immagina di avere una regione 1-D di spazio-tempo lunga 1 unità (solo per comodità). Eccolo: | -------- | Ora questa regione ha questa energia oscura "pressione di espansione" che agisce su di essa. Diciamo che sono 0,07 unità all'anno per unità. Ciò significa che ogni anno questa regione dello spaziotempo si ingrandisce del 7%. Tra 10 anni, la lunghezza sarà doppia: | -------- | -------- | Ora il fatto è che ognuna di queste regioni ha la stessa pressione di espansione di quella originale! Quindi entrambi raddoppieranno in 10 anni, quindi quelli raddoppieranno e così via. Quindi quello che succede è che ottieni una piccola espansione localmente, ma più qualcosa si allontana e più velocemente accelera lontano da te. Il vero effetto dell'energia oscura è che gli ordini di grandezza sono più piccoli, qualcosa come 67,15 ± 1,2 (km / s) / Mpc ( Wikipedia), ma significa comunque che qualsiasi galassia distante più di 4,5 Gigaparsec da noi viene attualmente portata via da noi più velocemente della velocità della luce. (Possiamo ancora vederli in questo momento perché la luce che vediamo è stata emessa molto prima che il tasso di espansione diventasse così alto.) L'espansione si somma sulle enormi distanze che vediamo nell'universo.

L'energia oscura non influenza cose come i pianeti, i sistemi solari e le galassie perché l'effetto è così debole su piccole scale che la gravità più che la contrasta. Il suo effetto può essere visto soprattutto nei vasti spazi vuoti dello spazio tra ammassi di galassie.

Spero possa aiutare!


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Questo è buono, ma esiste un grande malinteso che non aumenta la chiarezza: l'affermazione che l'effetto dell'energia oscura non è gravitazionale. L'energia oscura ha una pressione negativa, e quindi è più analoga a una "spinta verso l'interno" (per esempio, un pistone su un contenitore con acqua a pressione negativa); non c'è bisogno di citazioni di paura sulla "pressione" perché è pressione. Ma la pressione negativa produce anche gravità repulsiva. In realtà, il punto è: la pressione gravita, non solo l'energia, e la pressione negativa gravita repulsivamente.
Stan Liou,

Grazie per il chiarimento, avevo pensato che fosse più come una pressione positiva che si spinge sul "confine" di un pezzo di spazio-tempo.
gargoylezoo,

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@StanLiou è corretto su questo. L'energia oscura si manifesta sotto forma di pressione, che GR ci dice che partecipa alla forza gravitazionale (sebbene con un segno negativo nell'equazione di stato). Voglio sottolineare che il tuo post è di alta qualità. Continua così!
astromax,

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Grazie! Mi offro volontario presso un osservatorio locale, quindi questo è il genere di cose che faccio sempre.
gargoylezoo,

@gargoylezoo: (So che questo non è esattamente correlato alla domanda.) Quelle linee parallele e perpendicolari nella tua foto allegata, come si chiamano? Rappresentano un campo magnetico o qualche altro campo o qualcos'altro? Dovrebbero esserci degli effetti su di loro a causa della Terra?
Farhan,
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