Come facciamo a sapere se esiste materia oscura / energia oscura?


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Non ho mai capito bene la teoria alla base del perché esistono materia oscura ed energia oscura. So che ha qualcosa a che fare con l'attrazione gravitazionale che è più forte di quello che calcoliamo DOVREBBE essere, qualcuno potrebbe spiegarlo in modo più dettagliato?

Risposte:


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Alcune aggiunte alla risposta di MBR:

In realtà, non sappiamo che la materia oscura e l'energia oscura esistono, ma abbiamo indizi indiretti. Vedrai spesso affermazioni secondo cui la materia oscura e l'energia oscura sono oggi due dei maggiori problemi della cosmologia, anche da parte di astronomi professionisti, ma questo è un malinteso epistemologico: non puoi definire un'ipotesi un problema .

Attualmente abbiamo diverse anomalie osservative (come definite per T. Kuhn): vale a dire la curva di rotazione delle galassie, la luminosità delle supernovae, lo spettro di potenza del CMB ... (e alcune cose aggiuntive come la difficoltà di misurare G o di rilevare onde direttamente gravitazionali).

Secondo la storia della scienza, abbiamo 3 modi per risolvere queste anomalie:

  • approcci ontologici (materia oscura ed energia oscura)
  • approcci legislativi (estensioni della relatività generale)
  • approcci paradigmatici (universi disomogenei)

La materia oscura e l'energia oscura sono due approcci ontologici che sembrano funzionare abbastanza bene: aggiungendo due semplici componenti possiamo adattare una vasta gamma di osservazioni. Questo è il motivo per cui agli astronomi piacciono: la loro modellizzazione è relativamente semplice e consente di adattarsi perfettamente a tutto. Ma per il momento non conosciamo la loro natura.

Alcuni sostengono che con WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) e l' osservatorio spaziale di Planck siamo entrati nell'era della cosmologia di precisione: ma questo è vero solo se il nostro paradigma di approccio materia oscura / energia oscura è corretto. In caso contrario, al momento non interpretiamo correttamente ciò che misuriamo, ma in definitiva misure più accurate possono portare a una visione migliore delle attuali anomalie cosmologiche.

Quindi la materia oscura e l'energia oscura sono due approcci eleganti e minimalisti a diversi problemi fondamentali. Questo è un argomento molto caldo in cosmologia, ma un giorno potremmo renderci conto che abbiamo avuto problemi solo perché il nostro attuale paradigma era errato.


La cosmologia di precisione significa semplicemente che stiamo misurando i fenomeni con una precisione sempre maggiore. Nel caso dello sfondo a microonde, è 1 parte su circa 100.000. L'accuratezza della misurazione dei componenti dell'universo, tra molti altri parametri cosmologici, non è così buona (indipendentemente da ciò che si assume sulla materia oscura e sull'energia oscura).
astromax,

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La materia oscura e l'energia oscura sono due cose diverse, che spiegano osservazioni diverse.

Materia oscura :

La materia oscura è necessaria per spiegare, tra l'altro, la curva di rotazione delle galassie. Ci si potrebbe aspettare che queste curve di rotazione diminuiscano a grandi raggi (perché ci si dovrebbe aspettare una rotazione kepleriana per le galassie), e non è il caso, le curve di rotazione sono piatte, che rappresentano una "massa nascosta" nelle galassie per sostenere tale rotazione modello, questa è la materia oscura. La materia oscura spiega anche alcune proprietà degli ammassi di galassie e le fluttuazioni del CMB.

Energia oscura :

L'energia oscura è necessaria per spiegare l'espansione accelerata dell'Universo. Questa espansione è stata misurata principalmente utilizzando le supernovæ di tipo Ia (supernovæ termonucleare, che sono il risultato di una nana bianca che accumula materia e raggiunge la massa di Chandrasekhar) che sono "candele standard". Si ritiene che la grandezza assoluta di questi oggetti sia ben nota, quindi se li osservi nell'Universo, puoi facilmente dedurne la distanza dal loro spostamento verso il rosso. Queste osservazioni mostrano un'espansione accelerata dell'Universo (per espansione, intendiamo che la distanza relativa tra due galassie distanti sta aumentando, la distanza nell'Universo locale non è influenzata). Per rendere conto di questa accelerazione, è necessario un po 'di energia distribuita uniformemente nell'Universo, cioè l'energia oscura.

Non essere confuso:

L'energia oscura e la materia oscura non possono essere scambiate l'una con l'altra, poiché l'energia oscura è distribuita uniformemente nell'Universo, mentre la materia oscura segue una certa distribuzione (è generalmente più o meno distribuita con la materia).

Parole finali:

Infine, "materia oscura" e "energia oscura" sono per lo più parole per caratterizzare la nostra ignoranza su queste osservazioni che non possono essere spiegate dalle leggi standard della fisica. Ecco perché c'è un lavoro così intenso su questi argomenti, per cercare di caratterizzare meglio queste cose oscure e capire cosa potrebbero essere.


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Un'altra cosa sull'energia / materia oscura:

La gente ha una buona idea dell'esistenza di energia oscura perché, quando si traccia l'espansione di due oggetti nell'universo nel tempo, dalla sua origine, c'è una curva a campana. Fondamentalmente, la velocità dell'espansione dell'universo è iniziata più velocemente, che ha rallentato, e recentemente (o almeno relativamente), l'espansione è tornata indietro. Ciò implica che quando l'Universo iniziò, si stava rapidamente espandendo e quando questo slancio iniziò a bandiera, la gravità iniziò a rimettere insieme le cose. Tuttavia, per spiegare la recente accelerazione dell'espansione, ci deve essere una forza che è aumentata nel tempo ed è stata in grado di causare accelerazione nell'espansione (tutto ciò si verifica tra le galassie, in aree come i sistemi solari e le galassie, la gravità è troppo forte per essere influenzato). Si ritiene che mentre l'universo si espande, l'energia oscura aumenta uniformemente per occupare il nuovo spazio. Ciò significa che l'energia oscura aumenta, accelerando così l'espansione.

Sappiamo che l'universo si sta espandendo a causa del cambiamento rosso. Fondamentalmente, mentre la luce viaggia attraverso l'universo, l'universo si sta espandendo. A una distanza sufficiente, la luce perderà sensibilmente energia, così che la luce viola cadrà verso il rosso (da cui il nome spostamento rosso). Questo perché, vista dal nostro universo in espansione, la luce sembra perdere energia, quando in realtà deve spostarsi ulteriormente man mano che lo spazio si espande.

Per quanto riguarda la materia oscura, in breve, sappiamo che esiste qualcosa che ha gravità che non possiamo rilevare diversamente. La materia oscura, a differenza dell'energia oscura, non è uniforme. Forma filamenti come formazioni, che corrispondono al filamento come formazioni di galassie.

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