Woraus hat 96 Prozent des Universums? Astronomen wissen nicht

NEW YORK-Alle Sterne, Planeten und Galaxien, die heute gesehen werden können, machen nur 4 Prozent des Universums. Die übrigen 96 Prozent besteht aus Sachen Astronomen nicht sehen, erkennen oder sogar zu begreifen.

Diese geheimnisvolle Substanzen nennt man dunkle Energie und dunkle Materie. Astronomen schließen ihre Existenz anhand ihrer gravitativen Einfluss auf welche kleine Stücke des Universums sehen können, aber dunkler Materie und Energie sich weiterhin alle Erkennung zu entziehen.

"Die überwältigende Mehrheit des Universums ist: Wer weiß?" erklärt Wissenschaft Schriftsteller Richard Panek, sprach über diese Merkwürdigkeiten unseres Universums am Montag (9. Mai) am Graduate Center der City University of New York (CUNY) hier in Manhattan. "Es ist unbekannt, fürs erste, und vielleicht für immer."

In Panek neues Buch, "The 4 Prozent Universe" (Houghton Mifflin Harcourt, 2011), Panek erzählt die Geschichte von wie dunkle Materie und dunkle Energie entdeckt wurden. Es ist eine Geschichte voller irrsinnig wissenschaftliche Überraschungen und harten Wettbewerb zwischen den Forschern, die Rennen, um Antworten zu finden. [Seltsamsten Dinge im Raum]

Dunkle Materie

Einige der ersten Ahnungen Astronomen hatten, dass es könnte mehr Masse im Universum, als nur die Sachen, die wir sehen können, in den 1960er und 1970er Jahren kamen. Vera Rubin, ein junger Astronom der Abteilung der terrestrischen Magnetismus an der Carnegie Institution of Washington, beobachtet die Geschwindigkeiten der Sterne an verschiedenen Standorten in Galaxien.

Einfache Newtonsche Physik vorhergesagt, dass Sterne am Rand einer Galaxie langsamer als Sterne im Zentrum umkreisen würde. Noch Rubins Beobachtungen keine Abgabe überhaupt in den Sternen Geschwindigkeiten weiter draußen in einer Galaxie gefunden. Stattdessen fand sie, dass alle Sterne in einer Galaxie scheinen, das Zentrum mit etwa der gleichen Geschwindigkeit zu umrunden.

"Es bedeutet, dass Galaxien auseinander fliegen sein sollte, sollte völlig instabil," sagte Panek. "Etwas fehlt hier." "

Aber Forschung von anderen Astronomen bestätigt das merkwürdige finden. Letztlich kam zu dem Schluss basierend auf Beobachtungen und Computermodelle, Wissenschaftler, es viel mehr Materie in Galaxien müsse als das, was für uns selbstverständlich. Wenn die Sterne und das Gas, das wir in Galaxien sehen können nur einen kleinen Teil ihrer gesamten Masse sind, dann machen die Geschwindigkeiten Sinn.

Astronomen nannten diese unsichtbaren Masse dunklen Materie.

Wo ist es?

Jedoch nicht in den fast 40 Jahren, die folgten, Forscher noch gelungen, herauszufinden, was dunkle Materie besteht.

Eine populäre Hypothese ist, dass dunkler Materie durch exotische entsteht Teilchen, die nicht mit normalen Materie interagieren oder sogar Licht, und so sind unsichtbar. Noch übt ihre Masse eine Anziehungskraft, genau wie normale Materie, weshalb sie die Geschwindigkeiten der Sterne und andere Phänomene im Universum beeinflussen. [Video: dunkle Materie in 3D]

So schwer wie sie vielleicht versuchen, Wissenschaftler haben jedoch noch eines dieser Teilchen auch mit Tests entwickelt, speziell um die vorhergesagten Eigenschaften gezielt zu erkennen.

"Ich auf der dunklen Materie-Seite gibt es einige Entmutigung unter den Menschen, die Art von mid-Career", meint Panek. "sie gingen in diesem Bereich denken,"OK, wir werden dieses Problem zu lösen und wir bauen dann von dort aus." Aber 15, 20 Jahre später, sie sagen, "Ich habe meine Karriere in diesem investiert und ich weiß nicht, ob ich etwas in meinem Leben finden werde." "

Dennoch hoffen halten heraus viele, dass wir nah dran sind und Experimente wie neu gebaute Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider in Genf können endlich das Rätsel lösen.

Dunkle Energie

Dunkle Energie ist möglicherweise sogar noch rätselhafter als dunkle Materie. Es ist eine verhältnismäßig neuere Entdeckung, und es ist eine, die Wissenschaftler haben noch weniger eine Chance jederzeit schnell zu verstehen.

Alles begann Mitte der 1990er Jahre, als zwei Forscherteams versuchten herauszufinden, wie schnell das Universum expandiert um vorherzusagen, ob es für immer, ausbreiten halten würde, oder wenn es schließlich zurück in sich selbst in einem "Big Crunch". zerdrücken würde

Um dies zu tun, verwendeten die Wissenschaftler spezielle Tricks um zu bestimmen, die Entfernungen von vielen explodierten Sternen, Supernovae, im ganzen Universum genannt. Dann messen sie ihre Geschwindigkeiten um festzustellen, wie schnell sie weg von uns waren.

Wenn wir sehr weit entfernte Sterne anzeigen, sind wir einen früheren Zeitpunkt in der Geschichte des Universums, anzeigen, da diese Sterne Licht gebraucht hat, Millionen und Milliarden von Lichtjahren zu uns reisen. So erzählt die Geschwindigkeiten der Sterne in verschiedenen Abständen zu betrachten wie schnell das Universum expandiert an verschiedenen Punkten in ihrem Leben.

Astronomen vorhergesagt zwei Möglichkeiten: entweder das Universum expandiert mit etwa der gleichen Geschwindigkeit im Laufe der Zeit oder des Universums hat in seiner Expansion verlangsamt wurde, als es älter wird.

Schockierend, beobachteten die Forscher keine Möglichkeit. Stattdessen schien das Universum in seiner Expansion zu beschleunigen .

Dass nicht erklären konnte basierend auf was wir des Universums zu diesem Zeitpunkt wussten. Die Schwerkraft der Masse im Kosmos sollte das Universum gezogen haben wieder nach innen, so wie Schwerkraft einen Ball zurück auf die Erde zieht, nachdem es in die Luft geworfen worden ist.

"Es gibt einige andere Kraft gibt oder etwas auf einer kosmischen Skala, die der Schwerkraft entgegenwirken ist," erklärte Panek. "Menschen nicht das anfangs geglaubt weil es so eine seltsame Ergebnis ist."

Harten Wettbewerb

Wissenschaftler nannten diese geheimnisvolle Kraft dunkle Energie. Aber niemand hat eine gute Vorstellung davon was dunkle Energie ist, oder warum es existiert, es ist die Kraft, die Schwerkraft entgegenzuwirken und das Universum beschleunigt in seiner Expansion verursacht werden angezeigt wird.

Der Mangel an eine gute Erklärung für dunkle Energie schien noch nicht Wissenschaftler Begeisterung dafür zu dämpfen.

"Was ich hören wieder und wieder ist wie begeistert Menschen, gerade jetzt, in diesem Bereich tätig werden, wenn diese Revolution vor sich geht", sagte Panek SPACE.com. "Die Probleme sind so groß und tief, sie sind eigentlich eher begeistert."

Insgesamt, dunkle Energie wird gedacht, um 73 Prozent aller Masse und Energie im Universum zu tragen. Weitere 23 Prozent ist dunkle Materie, der nur 4 Prozent des Universums besteht aus regelmäßigen Angelegenheit, wie Sterne, Planeten und Menschen hinterlässt.

Diese bizarre, aber anscheinend wahr, war in etwa zur gleichen Zeit von den beiden Gruppen arbeiten, um die Expansion des Universums zu messen Schlussfolgerung. Der Wettbewerb zwischen den Gruppen wurde sehr umstritten, Panek sagte, und sie wuchs einander sehr viel Abneigung.

Letztlich sollte jedoch Mitglieder beider Teams zu finden, eine der größten Überraschungen in der Geschichte der Wissenschaft profitieren.

"Ich denke, dass es irgendwie ausgegangen wird, dass die dunkle Energie die Entdecker den Nobelpreis gewinnen wird," sagte Panek. "Es ist sicherlich die Annahme, dass es nur eine Frage der Jahre."

Sie können SPACE.com Senior Writer Clara Moskowitz auf Twitter @ClaraMoskowitz verfolgen. Folgen Sie SPACE.com für die neuesten Weltraumwissenschaft und Exploration News auf Twitter @Spacedotcom und auf Facebook.

Diese Geschichte wurde von SPACE.com, eine Schwester Website LiveScience zur Verfügung gestellt.