Skillnad mellan mörk materia och mörk energi

Huvudskillnad - Dark Matter vs Dark Energy

Att förstå den mörka materien och mörk energi är en av de viktigaste mysterierna i vetenskapen. Förekomsten av både mörk materia och mörk energi stöds av ett antal olika observationer. Det är dock fortfarande inte känt hur mörk materia och mörk energi härstammar eller vad de består av. De huvudskillnad mellan mörk materia och mörk energi är det mörk materia interagerar via gravitationen och försöker samla materia, medan mörk energi accelererar universums expansion och dämpar därmed materia ifrån varandra.

Vad är Dark Matter

I början av 1930-talet studerade Fritz Zwicky, en schweizisk astronom, hur galaxer rörde sig i galaxkluster. Han kunde beräkna massan av en galax med två metoder. För det första, genom att titta på galaxernas rörelser, kunde han dra av gravitationskrafterna mellan galaxerna och bestämma hur mycket massa som skulle vara närvarande. För det andra kunde han mäta galaxernas ljusstyrka och döma hur mycket materia ska vara närvarande. Hans resultat visade en skillnad: när han använde rörelsen för att beräkna massa kom han upp med ett mycket större värde än när han använde ljus för att mäta massa. För att förklara detta trodde Zwicky att det måste finnas någon annan osynlig "Mörk" materia som inte kunde redovisas av ljuset.

Under de kommande fyra decennierna har inte mycket allvarlig forskning gjorts gällande detta mysterium. På 1970-talet var Vera Rubin, som studerade hur snabbt stjärnorna rörde sig runt en galaxs centrum, märkt att stjärnor längre bort från centrum rörde sig med snabbare hastigheter än de borde ha. Hon drog också slutsatsen att det måste finnas en viss osynlig sak i en galax som kan redogöra för detta beteende. Bilden nedan sammanfattar hennes fynd:

en galaxrotationskurva - diagrammet visar hur snabbt stjärnorna flyttar i en galax, som en funktion av stjärnans avstånd från galaxens mittpunkt. Den fasta linjen visar det observerade resultatet medan den prickade linjen visar resultatet som förväntades när endast synlig massa (dvs vanlig materia) anses.

Ett annat övertygande fall för förekomsten av mörk materia kommer från gravitationell linsning. Enligt relativitetsteorin, när ljuset färdas över massiva objekt, blir ljusets väg krökt. Som ett resultat kan avlägsna galaxer förefalla snedvridna.

Gravitationslinsering förvränger bilderna av avlägsna galaxer

De Bullet Cluster består av två galaxer som rör sig förbi varandra efter att ha kolliderat. En bild av kulklubben visas nedan. Vi kan bestämma var det vanliga är i denna galax, genom att titta på röntgenemissioner som avges av gaser. De rosa regionerna på bilden visar var den vanliga saken är koncentrerad. Genom att studera gravitationslinseringseffekter som produceras av Bullet Cluster, visar sig emellertid massan av massan vara koncentrerad i de områden som visas i blått.

Bullet Cluster: Regionerna i rosa show där den vanliga (synliga) materien är mest koncentrerad. De blå regionerna visar var de flesta massa borde vara närvarande från mätningar av gravitationell linsning.

Detta är en stark indikation på att mörk materia finns. När galaxerna kolliderade, borde mörkmaterialpartiklar kunna flytta förbi varandra relativt snabbt, eftersom de bara interagerar kraftigt via gravitationen. Vanlig materia interagerar mycket mer med varandra (med elektromagnetiska krafter till exempel). Därför tar det mycket längre tid för vanlig sak att gå förbi varandra. Detta förklarar varför de rosa områdena är närvarande mot mitten av klustret.

Vad är Dark Energy

Ljus från stjärnorna som rör sig bort från oss blir redshifted. dvs när vi tittar på ljuset, verkar det rädda än det borde vara. I slutet av 1920-talet insåg Edwin Hubble att fler distansstjärnor alltid har redshifts som visar att universum växte ut. I slutet av 1990-talet visade mätningar av avstånd och hastigheterna från stjärnor ännu längre bort med hjälp av typ Ia-supernova att universum faktiskt expanderades vid en accelererad takt. Denna typ av acceleration kan inte härstamma från vanlig materia eller mörk materia eftersom de interagerar via gravitation och i själva verket ska fungera mot universums expansion. Därför anses mörk energi vara ansvarig för att påskynda expansionen.

Ett annat bevis på mörk energi kommer från de små fluktuationer som finns i kosmisk mikrovågsugnbakgrund (CMB) strålning. Dessa fluktuationer visar att universum ligger nära att vara "platt". Massenergitätheten hos vanlig materia i universum är ingenstans nära nog att göra den platt. Även om vi inkluderar mörk materia, blir densiteten fortfarande kort. Detta kan försonas om vi tar resten av massenergin från mörk energi. Från kosmiska mikrovågsmått bakgrundsmätningar gjorda av Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) är nuvarande uppskattningar för massaggregans sammansättning i universum följande:

Universumets massenergihalt, sammanställd från WMAP-data (NASA)

Det bör nämnas att närvaron av mörk materia och mörk energi inte accepteras av vissa forskare. Istället stöder de alternativa teorier för att beskriva effekterna som vi tillskriver mörk materia och mörk energi. Dessa teorier lägger ofta till förändringar i relativitetsteorin för att göra förklaringar. Stöd för sådana alternativa förklaringar minskar dock.

Skillnad mellan mörk materia och mörk energi

Effekt på materia

Mörk materia kan interagera via gravitationen så det bidrar till att samla materia.

Mörk energi orsakar universum att expandera i en accelererad takt, vilket gör att materia rör sig ifrån varandra.

Närvaro

Mörk materia Det är inte tänkt att fördelas jämnt.

Mörk energi Tänkas distribueras jämt i hela universum.

Image Courtesy

"Förväntad (A) och observerad (B) stjärnhastighet som en funktion av avståndet från det galaktiska centrumet. Skapat som ersättare för fil: newtonianfig2.pngat English Wikipedia. "Av PhilHibbs (eget arbete i Inkscape 0.42) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

"Vad är stort och blått och kan vikla sig runt en hel galax? En gravitationslinsmirage ... "av Lensshoe_hubble.jpg: ESA / Hubble & NASA (Lensshoe_hubble.jpg) [Public Domain], via Wikimedia Commons

"Sammansatt bild som visar galaxklustret 1E 0657-56, mer känt som kulkluster ..." av NASA / CXC / M. Weiss (Chandra X-Ray Observatory: 1E 0657-56) [Public Domain], via Wikimedia Commons

"Idag" av NASA / WMAP Science Team (Sponsor: National Aeronautics and Space Administration) [Ej upphovsrättsskyddad], via NASA Aeronautics and Space Administration