Materia Neagră şi Energia Neagră

În Univers există mult mai multă materie decât este vizibilă prin stele şi alte obiecte cosmice. Materia invizibilă se numeşte materie neagră. Compoziţia ei nu este cunoscută. Ea poate lua forma unor obiecte întunecate, asemănătoare planetelor sau a unor entităţi subatomice neobişnuite care nu interacţionează aproape deloc cu materia obişnuită.

De ce ar exista materie neagră în Univers ?

Răspunsul este simplu, dacă analizăm mişcarea galaxiilor din roiuri, care are o viteză prea mare ca să poată fi explicată numai prin forţa gravitaţională a materiei vizibile. Trebuie să existe o masă suplimentară.

În plus, având în vedere rapiditatea cu care Universul se extinde, cosmologii au presupus că există energie neagră, o forţă care contracarează gravitaţia şi face Universul să se extindă mai repede.

Imaginea de mai jos a fost luată într-un detector subteran de particule, unde cosmologii cercetează neutrinii. Neutrinii din Cosmos sunt particule cu o masă foarte mică,  care combinaţi, ar putea constitui 1% sau 2 % din materia neagră.

Anunțuri

Roiuri de Galaxii

Galaxiile formează, datorită gravitaţiei, roiuri cu 20 până la câteva mii de galaxii şi cu un diametru de la 3 la 30 de milioane de ani-lumină. În imaginea alăturată este Grupul Compact Hickson, putându-se observa o galaxie spirală văzută din faţă în centrul imaginii, două galaxii spirale oblice şi o galaxie eliptică în dreapta jos.

Unele roiuri au un nucleu central concentrat şi o structură sferică bine definită, altele au o formă şi o structură neregulate. Roiul din care face parte galaxia noastră se numeşte  Grupul Local. Cel mai apropiat roi de galaxii, aflat la numai 50 de milioane ani-lumină, este Virgo, fiind mare şi neregulat.

Lanţuri de aproximativ 12 roiuri sunt ţinute laolaltă de forţe gravitaţionale mai slabe şi formează superroiuri, de până la 200 de milioane ani-lumină. Superroiurile sunt aranjate în structuri plane şi filamente mari, separate de goluri cu diametrul de aproximativ 100 de milioane ani-lumină.

Abel 1689, aflat la 2.2 miliarde ani-lumină de Pământ,  este unul din cele mai mari roiuri de galaxii.

Găuri Negre

O gaură neagră este o regiune sferică din Spaţiu care conţine, în centru, materie comprimată într-un punct cu densitate infinită, numit singularitate. În interiorul acestei regiuni din jurul singularităţii, atracţia gravitaţională este atât de mare, încât nimic, nici măcar lumina, nu poate scăpa.

Cum determinăm o gaură neagră?

Trebuie să observăm un disc de gaz şi praf care se roteşte în jurul găurii, aruncând jeturi fierbinţi de materie cu viteză foarte mare sau emiţând radiaţii (raze X) când materia care în gaură.

Există două tipuri principale de găuri negre :

supermasive – cu o masă echivalentă cu masele adunate a miliarde de sori. Se află în centrele celor mai multe galaxii. Deşi nu se ştie sigur, ar putea fi un produs secundar al procesului de formare al galaxiilor.

secundare – se formează din resturile stelelor supergigante colapsate în urma unei supernove şi ar putea fi răspândite în toate galaxiile.

În imagine, vedem cu ajutorul lui Hubble, centrul galaxiei NGC 4438 unde o bulă de gaz fierbinte enormă se ridică dintr-un disc de praf, care se roteşte în jurul găurii negre supermasive din centru.

Galaxiile

În partea observabilă a Universului se făsesc peste 100 de miliarde de galaxii. Acestea au dimensiuni diferite, de la galaxii pitice, cu un diametru de câteva sute de ani-lumină şi câteva milioane de stele, la galaxii gigantice, având un diametru de mai multe sute de mii de ani-lumină şi câteva trilioane de stele.

Pe lângă stele, galaxiile conţin nori de gaz, praf şi materie neagră, ţinute laolaltă de gravitaţie. Galaxiile pot avea una din formele :

– spirală –  în imaginea alăturată se poate observa galaxia spirală M81. Sunt    evidenţiate praful din nucleul galactic şi braţele ei spirale.

– spirală barată – în imagine este NGC1530. Braţele spirale radiază de la capetele structurii centrale (de forma unei bare), nu din  nucleu.

– eliptică –  de la formă sferică, la forma mingii de rugby, ca şi galaxia ESO 325-G004.

– lenticulară – de forma unei lentile. De exemplu, galaxia Ngc5866.

– neregulată – de exemplu, NGC 1427A – galaxia din imagine.

Planete şi corpuri cosmice mai mici

Sistemul Solar s-a născut în urma condensării prafului şi gazului într-un disc rotitor numit disc protoplanetar. Din materia centrală s-a format Soarele, iar din materia exterioară s-au format planetele şi alte obiecte cosmice mai mici şi mai rece.

O planetă este o sferă cu un diametru de cel puţin 1 500 km, care se roteşte pe o orbită în jurul unei stele şi, spre deosebire de piticele maro, nu produce fuziune nucleară. Obiectele mai mici sunt:

sateliţi – obiecte care se mişcă pe orbite în jurul unor planete sau asteroizi.

 

 

 

 

 

 

asteroizi – corpuri stâncoase cu diametrul  de la 50 m până la 1 000 km.

 

 

 

 

 

 

–  comete – bucăţi de gheaţă şi rocă, de câţiva km, care se rotesc pe orbite la periferia Sistemului Solar.

 

 

 

 

 

planetele pitice, asemănătoare cometelor, dar cu un diametru de câteva sute de km.

 

 

 

 

 

 

 

 

meteoroizii – rămăşiţe ale asteroizilor sfărâmaţi sau praf de comete.

Resturi de stele

Stelele nu cunosc eternitatea. Chiar şi cele mai mici pitice roşii. care au cea mai lungă viaţă, se sting în final.

Stelele cu masă medie, precum Soarele, au un sfârşit interesant. Atunci când combustibilul din nucleu, ce întreţine fuziunea, începe să se epuizeze, steaua se transformă într-o gigantă roşie, micşorându-şi densitatea. În momentul în care combustibilul este epuizat complet, gigantele roşii se prăbuşesc, aruncă în spaţiu straturile exterioare şi formează piticele albe. Dar nici acestea nu rămân pe veşnicie în Univers, pentru că treptat se răcesc şi se sting. Învelişul de materie expulzată care înconjoară aceste stele şi se extinde se numeşte nebuloasă planetară. Norul de gaz strălucitor de mai jos este numit NGC 6751 şi a fost expulzat în urmă cu câteva mii de ani de pitica albă fierbinte care se observă în centrul lui.

Acum ştiţi care va fi sfârşitul Soarelui nostru! În imaginea alăturată se poate vedea o  comparaţie între Soarele de azi şi Soarele din viitor devenit stea gigantă roșie. Acest lucru se va intâmpla, cel mai probabil, peste 5 miliarde de ani.

Stelele cu masă mai mare îşi încheie existenţa şi mai spectaculos, dezintegrându-se în explozii numite supernove. Materia aruncată în spaţiu se extinde şi formează restul de supernovă. Un exemplu este nebuloasa Vălul, care a apărut acum 20 000 ani, în urma exploziei unei stele.

O parte din nucleul imensei stele de altădată colapsează şi se formează un obiect cosmic compact, cu densitate foarte mare, numit stea neutronică. Atunci când se prăbuşesc cele mai masive stele se formează însă, găuri negre.

Stele

Lumina din Univers vine de  la stele, cele care generează energie prin fuziune nucleară. Dar  ce sunt stelele?

Stelele sunt obiecte cosmice care se formează prin condensarea aglomerărilor de gaz şi praf din nebuloase. În funcţie de masa lor iniţială, stelele au culoare, temperatură la suprafaţă, strălucire şi durată de viaţă diferite.

Stelele cu cele mai mari mase sunt numite gigante şi supergigante, fiind cele mai fierbinţi şi strălucitoare dar având o viaţă de numai  câteva milioane de ani. Un exemplu este Betelgeuse (Alpha Orion) , aflată la 425 ani-lumină de Terra, a 8-a stea ca strălucire de pe cerul nopţii.

Celelalte stele, cu mase mai mici, sunt cele mai numeroase. Acestea sunt mici, palide şi roşii, dar trăiesc miliarde de ani. Poartă denumirea de pitice roşii. Mai mici decât ele sunt doar piticele maro, care nu au masă şi nici temperatură suficientă pentru a susţine fuziunea şi astfel emit doar o lumină palidă.În imaginea de mai sus, punctul din dreapta este pitica maro Giliese 229b. Obiectul mai mare şi mai strălucitor este pitica roşie Giliese 229, în jurul căreia orbitează pitica maro.