Ամենավերջին աստղագիտական չափումները համախմբում են այն նախադրյալը, որ տիեզերքի տեսանելի մասը ներկայացնում է ֆիզիկական իրականության մի փոքր մասը: Տիեզերագիտական հետազոտությունները ցույց են տալիս, որ ամբողջ ունիվերսալ կազմի միայն 4,9%-ն է բաղկացած ընդհանուր նյութից, որը ձևավորվում է ատոմներից, որոնք կառուցում են մոլորակները, աստղերը և կենդանի էակները: Մնացած տարածքը լցված է բաղադրիչներով, որոնք խուսափում են ավանդական օպտիկական գործիքների անմիջական հայտնաբերումից:
Տիեզերքի հսկայական թաքնված մասը բաժանված է երկու հիմնական կատեգորիաների, որոնք թելադրում են գալակտիկաների վարքն ու էվոլյուցիան: Այս տարրերի գոյությունն ապացուցվում է անուղղակիորեն՝ դիտարկելով նրանց գրավիտացիոն ազդեցությունները լույսի և լուսավոր նյութի վրա։ Sem այս անտեսանելի ուժերի գործողությունը, դասական ֆիզիկայի օրենքները չեն կարողանա արդարացնել գիշերային երկնքում նկատվող կառուցվածքային համախմբվածությունը:
Հետազոտողներն իրենց ջանքերը կենտրոնացնում են բարձր զգայուն դետեկտորների ստեղծման վրա՝ փորձելով ֆիքսել այդ սուբյեկտների և բարիոնային նյութի փոխազդեցության որևէ նշան: Մեթոդաբանական մարտահրավերը կայանում է այն մասնիկների մեկուսացման դժվարության մեջ, որոնք չեն արտանետում, արտացոլում կամ կլանում հայտնի էլեկտրամագնիսական ճառագայթման որևէ տեսակ: Այս տեխնոլոգիական արգելքի հաղթահարումը դարձել է մասնիկների ֆիզիկայի լաբորատորիաների գլխավոր նպատակն ամբողջ աշխարհում։
Տիեզերքում գրավիտացիոն անոմալիայի առաջին դիտարկումները
Այս գիտական անոմալիայի պատմական գրառումը սկսվել է 1933 թվականին՝ հետևելով շվեյցարացի աստղագետ Fritz Zwicky-ի Aglomerado Coma-ի վերլուծություններին։ Durante-ը, չափելով այս խումբը կազմող գալակտիկաների արագությունը, գիտնականը նկատել է մաթեմատիկական խիստ անհամապատասխանություն լուսային զանգվածի և ուղեծրի շարժման միջև: Երկնային օբյեկտների տեղաշարժի արագությունը չափազանց մեծ էր տարածաշրջանում առկա տեսանելի նյութի քանակի համար: Zwicky-ը եզրակացրեց, որ գալակտիկաները պետք է ցրվեն ամբողջ տիեզերքում, եթե չկա հսկայական քանակությամբ անտեսանելի նյութ, որը բավականաչափ գրավիտացիոն ձգողություն է գործադրում դրանք միասին պահելու համար:
Գիտական հանրությունը առաջին մի քանի տասնամյակների ընթացքում թերահավատորեն ողջունեց Zwicky հաշվարկները՝ թաքնված զանգվածի գաղափարը դիտարկելով որպես մեկուսացված վիճակագրական անոմալիա: Սցենարը փոխվեց միայն այն ժամանակ, երբ նոր ուղեծրային հետազոտությունները հաստատեցին, որ երեւույթը կրկնվել է արտաքին տիեզերքի մի քանի այլ շրջաններում։ Դինամիկ զանգվածի և լուսավոր զանգվածի տարբերությունը տեսաբաններին ստիպեց վերանայել այն ժամանակ գործող տիեզերաբանական մոդելները: Hoje աստղաֆիզիկոսները սուպերհամակարգիչներ են օգտագործում այս անտեսանելի զանգվածի բաշխումը մոդելավորելու համար՝ բացահայտելով բարդ տիեզերական ցանց, որը միացնում է մեծ գալակտիկական կլաստերները մութ թելերի միջոցով:
Արագության չափումներ պարուրաձև գալակտիկաներում
Աստղագետ Երկնային մեխանիկայի օրենքները կանխատեսում էին ուղեծրի արագության անկում՝ միջուկից հեռավորությանը համաչափ, մի վարքագիծ, որը հաստատված չէր գործնական դիտարկումներում:
Պտտման միատեսակ օրինաչափությունը ցույց տվեց, որ գալակտիկական կառուցվածքը տեսանելի սկավառակը շրջապատող ոչ լուսավոր նյութի ընդարձակ հալո ունի: Rubin-ի մանրակրկիտ աշխատանքը ցույց տվեց, որ միայն աստղերի և գազի կողմից առաջացած գրավիտացիան բավարար չէ պարուրաձև գալակտիկաների քայքայմանը կենտրոնախույս ուժի պատճառով կանգնեցնելու համար: Այս ճշգրիտ չափումների արդյունքում այս լրացուցիչ գրավչության համար պատասխանատու հիմնարար մասնիկի որոնումը դարձել է արտագալակտիկական աստղաֆիզիկայի կենտրոնական կենտրոնը:
Հայտնի տիեզերական բաղադրիչների կառուցվածքային բաժանում
Տիեզերքում զանգվածի և էներգիայի բաշխումը հետևում է վերջին տիեզերական առաքելությունների կողմից խստորեն հաշվարկված համամասնությանը: Տիեզերական տվյալները հաստատում են երեք հիմնարար սյուներ, որոնք կազմում են դիտելի և աննկատելի տարածության ամբողջությունը:
– Առաջին բաղադրիչը մութ նյութն է, որը կազմում է ընդհանուրի մոտավորապես 26,8%-ը և հանդես է գալիս որպես գրավիտացիոն հիմք, որն անհրաժեշտ է գալակտիկաների և աստղային կլաստերների համախմբվածությունը պահպանելու համար:
– Երկրորդ և ամենաառատ տարրը մութ էներգիան է, որը ներկայացնում է տիեզերական կազմի շուրջ 68,3%-ը և հանդես է գալիս որպես տիեզերական գործվածքի արագացված ընդլայնման հիմնական շարժիչ:
– Երրորդ սյունը բաղկացած է բարիոնային նյութից, որը կազմում է տիեզերքի միայն 4,9%-ը և կազմում է բացարձակապես այն ամենը, ինչ կարող են հայտնաբերել օպտիկական գործիքները, ներառյալ աստղերը, մոլորակները և գազային ամպերը:
Զանգվածային մասնիկների որոնումներ ստորգետնյա լաբորատորիաներում
Ամենաընդունված տեսական մոդելները ենթադրում են, որ տիեզերքի անտեսանելի զանգվածը ձևավորվում է թույլ փոխազդող զանգվածային մասնիկներով, որոնք հայտնի են անգլերեն WIMP-ների հապավումով: Para-ը փորձում է արձանագրել այս մասնիկների անցումը, միջազգային կոնսորցիումները կառուցեցին կայանքներ խորքային հանքերում՝ մեկուսացված տիեզերական ֆոնային ճառագայթումից: Equipamentos-ը, ինչպես LUX-ZEPLIN-ը և XENONnT-ը, օգտագործում են հեղուկ քսենոնի տանկերը կրիոգեն ջերմաստիճաններում՝ սպասելով WIMP-ի և ատոմային միջուկի հազվադեպ բախման:
Չնայած այս ստորգետնյա դետեկտորների ծայրահեղ ճշգրտությանը, գիտնականները չեն արձանագրել որևէ հաստատված բախում տարիներ շարունակ շարունակական մոնիտորինգից հետո: Դրական արդյունքների բացակայությունը բուռն բանավեճեր է առաջացնում բացառապես WIMP-ների վրա հիմնված մոդելների վավերականության վերաբերյալ: Տեսական ֆիզիկոսները սկսում են ընդլայնել որոնման պարամետրերը՝ ներառելով շատ ավելի թեթև հիպոթետիկ մասնիկներ, ինչը կպահանջի քվանտային սենսորների վրա հիմնված հայտնաբերման տեխնոլոգիաներ:
Հետազոտության մեկ այլ գիծ ուսումնասիրում է հավանականությունը, որ այս հավելյալ զանգվածի համար պատասխանատու են նախնադարյան սև խոռոչները, որոնք ձևավորվել են Տիեզերքի ծագումից հետո վայրկյանի ֆորումներով: Լաբորատորիայում ուղղակի հայտնաբերման բացակայությունը խթանում է նոր փորձարարական մոտեցումների մշակումը, ինչը գիտությանը ստիպում է դիվերսիֆիկացնել իր հետազոտության ռազմավարությունները: Սենսորների կատարելագործումը խոստանում է սկանավորել էներգիայի միջակայքերը, որոնք նախկինում անհասանելի էին մարդկային սարքավորումների համար:
Ֆիզիկական ապացույցներ խոշոր կլաստերների բախման մեջ
Աստղագիտական իրադարձությունը, որը հայտնի է որպես Aglomerado Bala, ներկայացրեց սովորական նյութի և անտեսանելի զանգվածի միջև ֆիզիկական տարանջատման ամենաուժեղ ապացույցները: Durante երկու գալակտիկաների կլաստերների վիթխարի բախումը, ռենտգենյան աստղադիտակները արձանագրել են դաժան բախումը և տաք գազային ամպերի դանդաղումը: Simultaneamente, գրավիտացիոն ոսպնյակների միջոցով իրականացված քարտեզագրումը ցույց տվեց, որ համակարգի զանգվածի մեծ մասը հատել է հարվածի գոտին՝ առանց որևէ տեսակի շփման կամ արագության կորստի:
Լուսավոր գազի և համակարգի ծանրության կենտրոնի միջև հստակ վարքագիծը ցույց տվեց, որ հիմնական զանգվածը չի փոխազդում էլեկտրամագնիսական ճանապարհով: Անտեսանելի նյութն իրեն ուրվական է պահում՝ անցնելով բախման տարածքը բարիոնային նյութից անկախ: Աստղաֆիզիկոսներն այս դիտարկումը համարում են անվիճելի փաստ՝ հաստատելով այն ենթադրությունը, որ տիեզերքը պարունակում է սովորական ատոմներից սկզբունքորեն տարբերվող նյութ:
վանող ուժ և գալակտիկաների արագացված տարանջատում
Տիեզերքի արագացման հայտնաբերումը 1998 թվականին, հեռավոր գերնոր աստղերի դիտարկման միջոցով, ներմուծեց վանող ուժի հայեցակարգը, որը հակազդում է ձգողությանը: Essa անտեսանելի էությունը լրացնում է տարածության վակուումը և մշտական բացասական ճնշում է գործադրում տիեզերական կառուցվածքի վրա: Diferentemente սովորական կամ մութ նյութի, այս էներգիայի խտությունը չի նվազում, քանի որ տարածությունը մեծանում է: Տիեզերագետները նշում են, որ այս յուրահատուկ հատկանիշը պահում է վանման արագությունը մի մակարդակի վրա, որն ամբողջությամբ գերիշխում է տիեզերքի ներկայիս դինամիկայում։ Ընդհանուր կազմի մեջ այս բաղադրիչի գերակշռությունը ցույց է տալիս, որ այն կթելադրի տարածության վարքագիծը հսկայական ժամանակային մասշտաբներով: Մաթեմատիկական հաշվարկները ցույց են տալիս, որ եթե արագացումը պահպանի իր ընթացիկ տեմպը, ապա ամենահեռավոր գալակտիկաները կգերազանցեն Terra-ի դիտելի հորիզոնը: Esse գործընթացը կհանգեցնի տեղական կառույցների աստիճանական մեկուսացման՝ թողնելով Via Láctea-ին և նրա հարևաններին տարածության մութ և միայնակ տարածքում: Այս ուժի ճշգրիտ բնույթը մնում է ժամանակակից ֆիզիկայի ամենաբարդ բաց խնդիրներից մեկը, որը պահանջում է ընթացիկ տեսական մոդելների մշտական վերանայում:
Նախնական ճառագայթման ջերմային քարտեզագրում
Planck արբանյակը տրամադրեց տիեզերական համամասնությունների վերջնական հաստատում` տիեզերական միկրոալիքային ֆոնային ճառագայթումը միլիմետրային ճշգրտությամբ քարտեզագրելով: Վաղ տիեզերքի այս լուսավոր արձագանքի ջերմաստիճանի տատանումները գործում են որպես էներգիայի սկզբնական բաշխման բրածո արձանագրություն: Այս ջերմային օրինաչափությունների վերլուծությունը հաստատում է հարթ տիեզերքի մոդելը, որտեղ անտեսանելի նյութի և էներգիայի գումարը հասնում է ճշգրիտ նշագծին՝ 95,1%, հրաժարվելով այլընտրանքային մաթեմատիկական ձևակերպումներից, որոնք փորձում էին բացատրել գրավիտացիան՝ առանց թաքնված բաղադրիչների անհրաժեշտության:
Նորագույն գործիքներ երկինքը սկանավորելու համար
Տիեզերական հետազոտության հաջորդ փուլը կախված է աստղադիտարանների ակտիվացումից, որոնք հատուկ նախագծված են տիեզերքի անտեսանելի հատվածը քարտեզագրելու համար: Nancy Grace Roman տիեզերական աստղադիտակն ունի աննախադեպ ճշգրտությամբ չափելու տիեզերքի ընդլայնումը` հետևելով գալակտիկաների բաշխմանը տիեզերքի հսկայական ծավալներով: Լայնածավալ տվյալների հավաքագրումը գիտնականներին թույլ կտա ստուգել՝ արդյոք վակուումի վանող ուժը ժամանակի ընթացքում մնում է անփոփոխ, թե տարբեր տիեզերական դարաշրջաններում այն տատանվում է։
Երկրի մակերևույթի վրա Observatório Vera C. Rubin-ը պատրաստվում է գիշերային երկնքի բարձր լուծաչափով համայնապատկերային սկանավորումներ իրականացնել: Սարքավորումը կգրանցի նուրբ աղավաղումներ ֆոնային գալակտիկաների լույսի ներքո, մի երևույթ, որն առաջանում է առաջին պլանում անտեսանելի զանգվածի լուսապսակների առկայությունից: Տիեզերքի և գետնի վրա հիմնված դիտարկումների համադրությունը կտա տիեզերքի լայնածավալ կառուցվածքի եռաչափ քարտեզ՝ առաջարկելով խիստ թեստեր հարաբերականության ընդհանուր տեսության համար միջգալակտիկական հեռավորությունների վրա:
Վարկածներ անտեսանելի հատվածում եզակի փոխազդեցությունների մասին
Դիտողական տվյալների կուտակումը խրախուսում է տեսությունների առաջացումը, որոնք առաջարկում են խիստ բարդ մութ հատվածի գոյությունը: Մեկ ստատիկ մասնիկի փոխարեն ֆիզիկոսները դիտարկում են այն հնարավորությունը, որ անտեսանելի զանգվածը կազմված է անհայտ մասնիկների մի քանի ընտանիքներից։ Essa տեսական ձևակերպումը ենթադրում է եզակի հիմնարար ուժերի առկայություն, որոնք գործում են միայն այս թաքնված տարրերի միջև՝ չազդելով ավանդական պրոտոնների և էլեկտրոնների վրա:
Բազմազան անտեսանելի էկոհամակարգի վարկածը փոխում է գիտության ապագա հայտնաբերման փորձերը պլանավորելու ձևը: Մասնիկների արագացուցիչները հարմարեցնում են իրենց արձանագրությունները՝ փնտրելու քայքայման նշաններ, որոնք ցույց են տալիս էներգիայի ակնթարթային անցումը տեսանելի և թաքնված հատվածների միջև: Մութ ֆոտոնի նույնականացումը, օրինակ, կներկայացնի առաջին հաստատված հաղորդակցության կամուրջը երկու ֆիզիկական իրականությունների միջև, որոնք կիսում են նույն տարածությունը:
Տիեզերքի այս 95%-ի ճշգրիտ բնույթը վերծանելու շարունակական ջանքերը գլոբալ մասշտաբով մոբիլիզացնում են տեխնոլոգիական ռեսուրսները: Դիտողական աստղաֆիզիկայի և քվանտային մեխանիկայի միջև մերձեցումը ստեղծում է բացահայտումների համար հասուն միջավայր, որը կարող է վերաշարադրել գիտության դասագրքերը: Անտեսանելի տիեզերքի համակարգված քարտեզագրումը համախմբված է որպես ժամանակակից ֆիզիկայի վերջնական սահման, որը պահանջում է ավելի ու ավելի բարդ գործիքներ՝ տիեզերքի լռությունը կոնկրետ տվյալների վերածելու համար: