Differenza tra materia oscura ed energia oscura

Main Difference - Dark Matter vs. Dark Energy

Comprendere la materia oscura e l'energia oscura è uno dei segreti chiave della scienza. L'esistenza della materia oscura e dell'energia oscura è supportata da diverse osservazioni. Tuttavia, non è ancora noto come la materia oscura e l'energia oscura abbiano origine, o di cosa siano composti. Il differenza principale tra la materia oscura e l'energia oscura è quella la materia oscura interagisce attraverso la gravità e cerca di riunire la materia, mentre l'energia oscura accelera l'espansione dell'universo, allontanando così la materia.

Cos'è la materia oscura

Agli inizi degli anni '30 Fritz Zwicky, un astronomo svizzero, stava studiando come le galassie si muovevano nei gruppi di galassie. Poteva calcolare la massa di una galassia usando due metodi. In primo luogo, osservando il moto delle galassie, potrebbe dedurre le forze gravitazionali tra le galassie e determinare quanta massa dovrebbe essere presente. In secondo luogo, poteva misurare la luminosità delle galassie e dedurre quanto dovrebbe essere presente la materia. I suoi risultati mostravano una discrepanza: quando usava il movimento per calcolare la massa, aveva un valore molto più grande di quando usava la luce per misurare la massa. Per spiegare questo, Zwicky ha creduto che ci debba essere dell'altro invisibile Materia "oscura" che non può essere spiegata dalla luce.

Per i successivi quattro decenni, non sono state fatte molte ricerche serie su questo mistero. Negli anni '70 Vera Rubin, che stava studiando la velocità con cui le stelle si muovevano attorno al centro di una galassia, notò che le stelle più lontane dal centro si muovevano con velocità più alte di quanto avrebbero dovuto. Anche lei ha concluso che deve esserci una materia invisibile in una galassia che può spiegare questo comportamento. L'immagine sotto riassume i suoi risultati:

UN curva di rotazione della galassia - il grafico mostra la velocità con cui le stelle si muovono in una galassia, in funzione della distanza della stella dal centro della galassia. La linea continua mostra il risultato osservato, mentre la linea tratteggiata mostra il risultato atteso quando viene considerata solo la massa visibile (vale a dire la materia ordinaria).

Arriva un altro caso convincente per l'esistenza della materia oscura lente gravitazionale. Secondo la teoria della relatività, quando la luce viaggia oltre gli oggetti massicci, il percorso della luce si curva. Di conseguenza, le galassie distanti possono apparire distorte.

Le lenti gravitazionali distorcono le immagini delle galassie lontane

Il Bullet Cluster consiste di due galassie che si muovono una dopo l'altra dopo essere entrate in collisione. Di seguito viene mostrata un'immagine del cluster di proiettili. Possiamo determinare dove si trova la materia ordinaria in questa galassia, osservando i raggi X emessi dai gas. Le regioni rosa sull'immagine mostrano dove si concentra la materia ordinaria. Tuttavia, studiando gli effetti di lente gravitazionale prodotti dal Bullet Cluster, la maggior parte della massa si trova concentrata nelle regioni mostrate in blu.

Il Bullet Cluster: le regioni in rosa mostrano dove la materia ordinaria (visibile) è più concentrata. Le regioni blu mostrano dove dovrebbe essere presente la maggior parte della massa dalle misurazioni del lensing gravitazionale.

Questa è una forte indicazione che la materia oscura esiste. Quando le galassie si sono scontrate, le particelle di materia oscura dovrebbero essere in grado di muoversi l'una sull'altra relativamente velocemente perché interagiscono fortemente solo tramite la gravità. La materia ordinaria interagisce molto più tra loro (ad esempio con le forze elettromagnetiche). Pertanto, ci vuole molto più tempo perché la materia ordinaria si superi l'una con l'altra. Questo spiega perché le aree rosa sono presenti verso il centro del cluster.

Cos'è l'energia oscura

La luce delle stelle che si stanno allontanando da noi diventano redshift. cioè quando guardiamo la luce, sembra più rossa di quanto dovrebbe essere. Verso la fine degli anni '20, Edwin Hubble si rese conto che più stelle a distanza avevano sempre redshift, dimostrando che l'universo si stava espandendo. Alla fine degli anni '90, le misurazioni delle distanze e le velocità dalle stelle ancora più lontane usando le supernove di tipo Ia hanno rivelato che l'universo si stava effettivamente espandendo in un tasso accelerato. Questo tipo di accelerazione non può originarsi dalla materia ordinaria o dalla materia oscura perché interagiscono per gravità e dovrebbero, di fatto, funzionare contro l'espansione dell'universo. Pertanto, si ritiene che l'energia oscura sia responsabile dell'accelerazione dell'espansione.

Un altro elemento di prova per l'energia oscura viene dalle piccole fluttuazioni presenti nel fondo cosmico a microonde (CMB) radiazione. Queste fluttuazioni mostrano che l'universo è vicino ad essere "piatto". La densità di energia di massa della materia ordinaria nell'universo non è neanche lontanamente abbastanza da renderla piatta. Anche se includiamo la materia oscura, la densità cade ancora. Questo può essere riconciliato se prendiamo il resto dell'energia di massa per venire dall'energia oscura. Dalle misurazioni di fondo delle microonde cosmiche effettuate dalla sonda di anisotropia a microonde Wilkinson (WMAP), le stime correnti per la composizione dell'energia di massa nell'universo sono le seguenti:

Il contenuto di energia di massa dell'universo, compilato da dati WMAP (NASA)

Va detto che la presenza di materia oscura e di energia oscura non è accettata da alcuni scienziati. Invece, supportano teorie alternative per descrivere gli effetti che attribuiamo alla materia oscura e all'energia oscura. Queste teorie spesso aggiungono modifiche alla teoria della relatività per fare delle spiegazioni. Tuttavia, il supporto per tali spiegazioni alternative sta diminuendo.

Differenza tra materia oscura ed energia oscura

Effetto sulla materia

Materia oscura può interagire tramite la gravità in modo che contribuisca a riunire la materia.

Energia oscura fa sì che l'universo si espanda ad una velocità accelerata, causando la separazione della materia.

Presenza

Materia oscura non è pensato per essere distribuito uniformemente.

Energia oscura è pensato per essere distribuito uniformemente in tutto l'universo.

Cortesia dell'immagine

"Velocità stellari attese (A) e osservate (B) in funzione della distanza dal centro galattico. Creato in sostituzione di File: newtonianfig2.pngat Wikipedia in inglese. "Di PhilHibbs (Opera propria in Inkscape 0.42) [CC BY-SA 3.0], tramite Wikimedia Commons

"Cosa è grande e blu e può avvolgersi attorno a un'intera galassia? Un miraggio ottico gravitazionale ... "di Lensshoe_hubble.jpg: ESA / Hubble e NASA (Lensshoe_hubble.jpg) [Public Domain], via Wikimedia Commons

"Immagine composita che mostra il cluster di galassie 1E 0657-56, meglio noto come cluster di proiettili ..." della NASA / CXC / M. Weiss (Chandra X-Ray Observatory: 1E 0657-56) [Public Domain], tramite Wikimedia Commons

"Today" del NASA / WMAP Science Team (sponsor: National Aeronautics and Space Administration) [non protetto da copyright], tramite la NASA Aeronautics and Space Administration