Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

3 frågor/svar hittade

Universum-Solen-Planeterna [19225]

Fråga:
Vad består universum av?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! Ibland ses i medier uppgifter om antal partiklar per m^3 eller antal partiklar per cm^3 i rymden, dvs långt utanför jordatmosfären. Antalet varierar rätt mycket och jag undrar om det finns något tillförlitligt värde och vilket detta är. Finns även något beräknat/uppmätt värde på antal neutriner per m^3? Även fotoner borde kunna räknas på analogt sätt. Finns mätvärde?
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Densiteten av materia i universum varierar mycket från superhöga densiteter i svarta hål och neutronstjärnor till mycket låga värden utanför galaxhopar. Jag antar emellertid att du frågar om medeldensiteten.

Den klassiska kosmologin med bara normal (baryonisk) materia gav en densitet på 6 väteatomer/m3 om universum var plant (kritisk densitet). Eftersom endast 4.6% av den totala energin (massan) är baryoner (se fråga 18686 ), så sjunker baryondensiteten till c:a 1/4 väteatom/m3. Från förekomsten av lätta nuklider efter Big Bang kan man dra slutsatsen att en försumbar del av den mörka materien är baryoner. Denna måste alltså bestå av något okänt, t.ex. WIMPs ("tunga neutriner").

Nära tiden för Big Bang dominerade strålning över materia (till höger i nedanstående figur där 1/R [skalfaktorn R] är stort). Allteftersom universum expanderar (R blir större) avtar materietätheten som 1/R3. Strålningstätheten avtar emellertid som 1/R4 eftersom man även måste ta hänsyn till att strålningens energi avtar på grund av att våglängden ökar som R. Vid en punkt är alltså densiteten av strålningsenergi och materia lika. Nu (13.75 miljarder år efter Big Bang) är strålningsenergin nästan försumbar.

Antalet fotoner är 3.7*108/m3 *. Detta låter som mycket, men man skall komma ihåg att energin för temperaturstrålning vid 2.7 K är mycket liten (3kT=1.1*10-22 J).

I länk 1 diskuteras den kosmiska densitetsparametern W och hur denna är summan av materian (baryonisk och mörk), relativistiska partiklar (neutriner och fotoner) samt mörk energi.

Vad gäller densiteten av kosmiska neutriner så har man ännu inte detekterat dessa, men teoretiska beräkningar uppskattar att det finns 3.3*108/m3 **. Detta är som synes nästan exakt samma som ovanstående fotondensitet.

Se även länk 2 och Cosmic_neutrino_background . ____________________________________________________________
* http://www.maths.qmul.ac.uk/~jel/ASTM108lecture8.pdf.
** http://lappweb.in2p3.fr/neutrinos/anunivers.html



/Peter E

Nyckelord: kosmologi [21]; kosmisk bakgrundsstrålning [14]; materia [5]; mörk materia [16]; mörk energi [5]; WIMPs [3];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/astro/denpar.html
2 http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_matter.html

*

Universum-Solen-Planeterna [14586]

Fråga:
Hur kan mörk materia vara 10000 K varm - borde den inte stråla då?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Jag vill tripsa om tidningen "Teknik och Vetenskap". Det finns många intressanta artiklar i den. Bl a. skriver de om att man har lyckats mäta temperaturen i mörk materia. Den skulle vara omkring 10.000 K. Vad säger det egentligen? Kan jag dra några slutsatser utifrån detta?
/Monica M

Svar:
Hej Monica!

Jag har inte läst artikeln i "Teknik och Vetenskap" men hittade en notis om originalartikeln, länk 1. Det som står där är mycket sensationellt. Om den mörka materien är vanlig materia (atomer med elektroner) så är 10000 K alldeles för varmt! Det är varmare än solytan, och solen är inte mörk! (Vad gäller temperaturstrålning finns en del i frågelådan, se temperaturstrålning .)

Slutsatsen blir i så fall att den mörka materien troligen består av en ny klass av partiklar som kallas WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles). Tidigare har man trott att dessa partiklar rörde sig mycket långsamt (mm/s), men om dessa resultat (9 km/s) är korrekta får man ändra uppfattning.

Nature-artikeln, länk 2 nedan (tyvärr endast tillgänglig för prenumeranter) och BBC-artikeln (länk i länk 1) gör det hela mycket klarare. Ledaren för arbetet, Gerry Gilmore, Cambridge University, UK, intervjuas av både Natures och BBCs journalister.

För det första antar man att det som utgör den mörka materinen inte växelverkar med ljus, dvs det strålar inte även om det rör sig snabbt och kolliderar. Detta är fullt möjligt fysikaliskt om man har en oladdad partikel som bara har ett grundtillstånd. Då skulle alla kollisioner vara elastiska, och inget ljus skulle skickas ut.

Man har upptäckt att den mörka materien tycks förekomma i "boxar" med en viss storlek (c:a 1000 ljusår) som man kallar "magisk volym". Man kan, om man vet boxens storlek och massa (som man bestämmer genom att mäta stjärnors röreler), räkna ut partiklarnas medelhastighet. Om partiklarna hade mycket lägre hastighet skulle gravitationen samla dem i en klump, om de hade mycket större hastighet skulle boxen lösas upp genom att partiklarna flydde.

Mätningarna har gjorts med teleskopgruppen VLT i Chile, se bilden nedan. Man har mätt stjärnrörelser i 12 dvärggalaxer som är satelliter till Vintergatan. Från rörelsen kan man räkna ut massan och om man subraherar den synliga massan (sjärnorna) får man fram mängden mörk materia.

Ett annat resutat man fått fram är att vintergatan har mycket större massa än man tidigare trott - den är större än andromedagalaxen M31 som man tidigare trott var den största in vår lokala lilla galaxhop.

Om den mörka materien består av WIMPS bör man kunna detektera dem med hjälp av stora scinillationsdetektorer som man bygger i djupa gruvor (för att elimenera den kosmiska strålningen av vanliga partiklar). Om WIMPsen rör sig med så höga hastigheter som 9 km/s bör det rimligen vara enklare att detektera dem.

Ett preprint till originalartikeln (allvarlig svårighetsvarning!) finns här: The mass of dwarf spheroidal galaxies and the missing satellite problem (artikeln är ännu inte publicerad). Artikeln innehåller dock nästan inget av de sensationella slutsatser som dras i intervjuerna i BBC- och Nature-artiklarna, så ännu en gång varning! Resultaten kan vara epokgörande, men de kan även vara fel eller övertolkade.

Avslutande kommentarer

Sådana här "halvvarma" WIMPs skulle kunna bättre förklara avsaknaden av tusentals små, massiva dvärggalaxer nära vintergatan.

Vad jag inte förstår riktigt är hur man kan räkna ut temperaturen från medelhastigheten utan att veta partiklarnas massa, se ekvation (1) i fråga 20164 .



/Peter E

Nyckelord: mörk materia [16]; WIMPs [3];

1 http://astromalte.blogspot.com/2006/02/mrk-materia-osynlig-och-kall-men.html
2 http://www.nature.com/news/2006/060206/full/060206-1.html

*

Universum-Solen-Planeterna [12396]

Fråga:
Vad är mörk materia? Kan ni ge något lästips, helst populärvetenskapligt.
/Jonas L, Tegs Centralskola, Umeå

Svar:
Enligt Nationalencyklopedin är mörk materia: materia i universum som inte utsänder mätbara mängder elektromagnetisk strålning och därför inte kan observeras direkt, utan i stället ger sig till känna genom gravitationella effekter på omgivande materia. (mörk-materia )

Vi vet alltså inte exakt vad mörk materia består av men det finns flera kandidater, t.ex.:

  1. Neutriner
  2. Andra svagt växelverkande partiklar (WIMPs)
  3. Materiesamlingar med för liten massa för att fusion skall starta - "misslyckade stjärnor" (MACHOs)
  4. Stora och små svarta hål
Man kan indela mörk materia i baryonisk (3) och icke-baryonisk (1,2) mörk materia. Det finns även förklaringar som innefattar en alternativ gravitationsteori.

WIMP är en term inom astro- och partikelfysik. Det är en akronym för weakly interacting massive particles, eller ”svagt växelverkande massiva partiklar”. Dessa partiklar föreslås vara en spöklik form av materia, som vi inte direkt kan se eller enkelt mäta, och som bara ger sig till känna genom sin gravitation och svaga växelverkan.

En alternativ, om än idag något mindre plausibel, teori för den mörka materien är MACHO:s. MACHO är en akronym av massive astrophysical compact halo object, som är mörka eller mycket ljussvaga objekt som svarta hål, neutronstjärnor och bruna dvärgar etcetera som antas förekomma i galaxers halon och som utgör en form av mörk materia.

Börja med att läsa artikeln i NE. Sök sedan med en sökmotor, t.ex. länk 1, det finns många bra dokument även på svenska, t.ex. Mörk materia .

Wikipedia-artiklarna Dark_matter och Mörk_materia är också aktuella och bra.
/Peter E

Nyckelord: mörk materia [16]; WIMPs [3];

1 http://www.google.com/search?&q=m%C3%B6rk+materia

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7203 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-11-19 11:33:22.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.