Matèria escura

En cosmologia, la matèria escura es un tipe de matèria ipotetica, de composicion desconeguda, qu'interagís pas amb la radiacion electromagnetica, mas que la preséncia que se'n pòt inferir a partirr dels efièches gravitacionals sus las galaxias. Lo primièr a utilizar lo tèrme foguèt lo astrofician Fritz Zwicky lo 1933 (dark matter).

Aquesta ipotèsi ensaja d'explicar diferentas observacions astronomicas fins ara sens explicacion, coma las anomalias dins la rotacion d'unas galaxias. A partirar de las observacions, s'estima que, s'existís vertadièrament aquesta matèria escura, li caldriá èsser fòrça mai abondenda que la matèria visibla, dirèctament observabla; alara 4% seriá la matèria visibla, 24% seriá matèria escura e lo restant 72% seriá energia escura, una autra compausanta ipotetica. Mai que mai, la matèria escura poiriá tanben resòlvre unes problèmas del modèl del big bang; seriá clau dins la formacion de las primièras estructuras cosmologicas e poiriá èsser ligada a la supersimetria. Ara, lo problèma de la matèria escura e la determinacion de la sa natura es un dels tèmas mai importants en cosmologia e en fisica de las particulas.

La matèria escura ne faguèron l'ipotèsi l'astrofisician soís Fritz Zwicky en 1933 alara qu'estimama la massa totala de l'amàs de Coma, un amaàs de galaxias, se basant sul movement de las galaxias mai a l'exterior. Quand comparèt la massa calculada d'aquesta forma amb aquela calculada a partir de las galaxias observadas e lor brilhància, trobèt que la massa 400 còps superiòra a l'esperada. La gravetat de las galaxias visiblas centralas de l'amàs èra tròp pichona per provocar la granda velocitat de las galaxias exterioras, de biais que deuriá i aver mai de massa pertot.

La pròva màger de la matèria escura ven de l'estudi del movement de galaxias e amàs de galaxias. Coma la majoritat son fòrça uniformes, segon lo teorema del virial, l'energia cinetica totala deu èsser egala a la mitat de l'energia potenciala gravitacionala de ligam entre las estelas de la galàxia. Per contra, experimentalament se tròba que l'energia cinetica es fòrça superiòra. En d'autres mots, las galaxias se mòvon fòrça mai rapid de çò que se deuriá se mòure segon la massa observada. La biais mai simpla d'explicar aquesta contradiccion es supausar que la massa visibla es solament una partida de la massa totala. Las corbas de rotacion de las galaxias (que nos donan la velocitat orbitala en foncion de la distància al centre de la galàxia) coincidisson pas amb las observacions.

Per explicar l'estructura a grand escala de l'univèrs, fòrça matèria non barionica es necessària (es a dire, diderents protons, neutrons e d'autras particulas pesucas instablas). Segon los modèls cosmologics, la matèria barionica ordinària prengava tròp de temperatura e pression per poder començar a formar d'estructuras coma las estelas. Una possibla solucion es de supausar qu'i a de grandas quantitats de matèria non barionica, e de simulacions realizadas amb aquesta ipotèsi confirman qu'es coerent amb l'estructura actuala de l'univèrs. Evidentament, la matèria escura necessària per resòlvre aqueste problèma ne resolveriá tanben l'autre.

Un dels problèmas de la matèria escura es descobrir de que es formada: es una matèria normala que simplament pas podèm observar? O es matèria formada de particulas fins ara desconegudas? Dins aqueste darrièr cas, cossí s'encastrarián aquestas particulas dins los modèls actuals de constitucion de la matèria? foguèron prepausats de diferentas possibilitats per explicar la composicion de la matèria escura, que podèm resumir en tres grands blòcs (prenent en compte que se pòt donar totes tres de biais simultanèu):

• Matèria escura cauda. Consistiriá en particulas leugièras que se desplaçarián a de velocitats relativistas. Lo neutrino es una partícula amb aquestas caracteristicas; mas, malgrat qu'a una massa interagís pas aisidament amb las autras partícules, los calculs indican que la massa totala de neutrinos poiriá solament representar una partida fòrça pichona de la matèria escura. D'un autre costat, tanpauc pòdon constituir la solucion del problèma de la formacion d'estructuras.

• Matèria escura freda. Consistiriá en de particulas mai pesucas, mas que se desplaçarián pas a de velocitats relativistat. Aquestas particulas son solament ipoteticas e segon diferentas suposicions poirián èsser los axions, las partícules massissas d'interaccion fòrta o SIMP (strongly interacting massive particles), o las particulas massissas fèblament interactivas o WIMP (weakly interacting massive particles), entre que se tròba lo neutralino. Aquestas diferentas particulas, que fan pas partit pas del modèl estandard, apareisson en diferents modèls teorics que prenon en consideracion la supersimetria. Malgrat que l'opcion de la matèria escura freda es la mai acceptada a l'ora d'ara, i a pas de pròvas experimentalas e los modèls teorics son pauc segurs.

• Matèria escura barionica. Seriá matèria escura formada de matèria normala, mas qu'emet fòrça pauc de radiacion. Las grandas massas, coma los traucs negres galactics, demoran exclusidas, que se pòdon detectar per d'autres mejans. Las possibilitats que demoran son las nanas brunas o las acumulacions interstellaras d'elements pesucs, nomenats objèctes de alò massis e compactes, o MACHO (massive compact halo objects). Malgrat qu'aqueles objèctes pòdon contribuir de segur a la quantitat observada de matèria escura, se considèra a l'ora d'ara que ne representarián solament una partida fòrça pichona.

• Galaxia escura.