Matéria escura do universo e energia escura

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Dois dos maiores mistérios da teoria de cordas e cosmologia são a presença de matéria escura invisível e de gravidade repulsiva na forma de energia escura.

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A matéria escura: A fonte da gravidade adicional

Os astrónomos descobriram que os efeitos gravitacionais observados em nosso universo não correspondem a quantidade de matéria visto. Para explicar essas diferenças, parece que o universo contém uma misteriosa forma de matéria que não podemos observar, chamado matéria escura. Em todo o universo, há cerca de seis vezes mais matéria escura como matéria visível normais - e teoria das cordas pode explicar de onde vem!

Video: Aceleração da Expansão do Universo, Supernovas e Energia Escura

Na década de 1930, o astrônomo suíço Fritz Zwicky observada pela primeira vez que algumas galáxias estavam girando tão rápido que as estrelas deles deve voar para longe um do outro. Infelizmente, Zwicky tinha personalidade confrontos com muitos na comunidade astronomia, de modo que seus pontos de vista não foram levados muito a sério.

Em 1962, o astrônomo Vera Rubin fez as mesmas descobertas e tinha quase o mesmo resultado. Embora Rubin não tem os mesmos problemas de temperamento que Zwicky fez, muitos desconsiderado seu trabalho porque ela era uma mulher.

Rubin manteve seu foco no problema e, em 1978, haviam estudado 11 galáxias espirais, todos os quais (incluindo a nossa Via Láctea) estavam girando tão rápido que as leis da física disse que eles deveriam voar além. Juntamente com o trabalho dos outros, isso foi suficiente para convencer a comunidade astronomia que algo estranho estava acontecendo.

O que quer que está segurando estas galáxias juntas, as observações indicam agora que tem que ser muito mais dele do que há a matéria visível que compõe o matéria bariônica que estamos acostumados - a matéria que compreende você, seu computador, este planeta, e as estrelas.

Os físicos fizeram várias sugestões sobre o que poderia fazer esta matéria escura, mas até agora ninguém sabe ao certo.

Escuro energia: Empurrando o universo distante

constante cosmológica de Einstein permitiu uma energia repulsiva uniforme em todo o universo. Desde Hubble descobriu a expansão do universo, a maioria dos cientistas acreditava que a constante cosmológica foi zero (ou possivelmente ligeiramente negativo). Descobertas recentes têm indicado que a taxa de expansão do universo está a aumentar, o que significa que a constante cosmológica tem um valor positivo. Esta gravidade repulsiva - ou energia escura - é realmente empurrando o universo à parte. Esta é uma característica importante do universo que a teoria das cordas pode ser capaz de explicar.

Em 1998, duas equipes de astrônomos anunciou os mesmos resultados: Estudos de distante supernovas (explosão de estrelas) mostrou que as estrelas parecia mais escuro do que o esperado. A única maneira de explicar essa era se as estrelas eram de algum modo mais longe do que o esperado, mas os físicos já foram responsáveis ​​pela expansão do universo. A explicação finalmente encontrou foi surpreendente: a taxa de expansão do universo estava se acelerando.

Para explicar isso, os físicos perceberam que tinha de haver algum tipo de gravidade repulsiva que trabalhou em grandes escalas (veja a figura abaixo). Em pequenas escalas, regras gravidade normal, mas em escalas maiores a força da gravidade repulsiva da energia escura parecia assumir. (Isso não contradiz a idéia de que o universo é plano - mas torna o fato de que ela é plana, enquanto ainda em expansão, um conjunto muito incomum e inesperada de circunstâncias, o que exigiu parâmetros muito estreitas nas primeiras condições do nosso universo. )

gravidade repulsiva é teorizado pela teoria inflação, mas isso é uma hiper-expansão rápida nas fases iniciais do universo. expansão de hoje devido à energia escura pode ser remanescentes da gravidade repulsiva de inflação, ou pode ser um fenômeno inteiramente distinta.

A descoberta da energia escura (ou uma constante cosmológica positiva, o que é mais ou menos semelhante a) cria grandes obstáculos teóricos, especialmente considerando quão fraca é a energia escura. Durante anos, a teoria quântica de campos previu uma enorme constante cosmológica, mas a maioria dos físicos assumido que alguma propriedade (como supersimetria, que faz reduzir o valor da constante cosmológica) cancelou-a para zero. Em vez disso, o valor é diferente de zero, mas difere das previsões teóricas por cerca de 120 casas decimais!

Na verdade, os resultados do WMAP mostram que a grande maioria do material em nosso universo atual - cerca de 73 por cento - é feito de energia escura (lembre-se de relatividade que matéria e energia são formas diferentes da mesma coisa: E = mc2, depois de tudo). Os dados do WMAP cinco anos, lançado em 2008 e mostrado na figura, a seguir, também permite comparar a composição do universo atual com o material presente no universo, 13,7 bilhões de anos atrás. A energia escura era muito pequeno fatia do bolo de 13,7 bilhões de anos atrás, mas hoje eclipses matéria e impulsiona a expansão do universo.

A história do universo é um tema fascinante para estudo, e tentando entender o significado desta energia escura é um dos principais aspectos da cosmologia moderna. É também um dos principais desafios para variações modernas da teoria das cordas.

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Hoje, muitos teóricos das cordas dedicar atenção a estes mistérios cosmológicos de origens e evolução do universo, porque eles fornecem um parque infantil universal em que as idéias da teoria das cordas pode ser explorado, potencialmente em níveis de energia onde o comportamento corda pode se manifestar.