Obiekty  

Ciemna materia 

 
Astronomowie otrzymują zaskakujący wynik: gęstość Wszechświata widocznego stanowi zaledwie 
kilka  procent  gęstości  krytycznej,  czyli  koniecznej  do  tego  aby  Wszechświat  mógł  się  kurczyć. 
Wynika stąd, Ŝe Wszechświat powinien się coraz szybciej rozszerzać. 
Jest  kilka  przyczyn,  dla  których  wynik  ten 
przyjęto  z  niedowierzaniem.  JuŜ  od  pewnego 
czasu wiadomo było, Ŝe oceny mas galaktyk z 
prostego  dodawania  mas  obserwowanych 
gwiazd  nie  są  wiarygodne.  Pomiar  szybkości 
obrotu 

galaktyk 

sugerował, 

Ŝe 

oprócz 

obserwowanych gwiazd jest  w nich jakaś inna 
materia,  która  wpływa  na  ruch.  Nazwano  ją  ciemną  materią  dla  odróŜnienia  od  świecących 
gwiazd.  Próby  ustalenia,  czym  jest  ciemna  materia  i  jaki  jest  jej  udział  w  masie  Wszechświata, 
doprowadziły do wielu odkryć, ale do dziś nie daty ostatecznych wyników. 
Ciemną  materię  poszukuje  się  w  dwóch  kierunkach.  Pierwsza  koncepcja  to,  Ŝe  jest  to  zwykła 
materia  barionowa  (złoŜona  z 

barionów

:  protonów  i  neutronów),  uwięziona  w  ciałach,  w  których 

albo procesy termojądrowe nigdy się nie rozpoczęły (grupa I), albo juŜ wygasły (grupa II) - takie 
obiekty  nazywamy  MACHO.  Druga  moŜliwość  to  nieznane  cząstki  elementarne  zwane  WIMP-
ami. 
 

Ciała materialne - MACHO 

 
Do pierwszej grupy ciał materialnych zalicza się: 

br

ą

zowe  karły

  -  obiekty  protogwiazdowe,  których  masa  nie 

przekroczyła  8%  masy  Słońca  czego  efektem  było  zbyt  słabe 
rozgrzanie  ciała  i  w  których  nigdy  nie  doszło  do  rozpalenia 
reakcji termojądrowych;  

komety; 

planetoidy; 

pył międzygwiazdowy i międzygalaktyczny 

Zwykły  pył  kosmiczny  odpada,  poniewaŜ  przy  duŜych  jego 
ilościach  pochłaniałby  światło  z  odległych  gwiazd  i  galaktyk  w 
znacznie  większym  stopniu,  niŜ  to  obserwujemy.  Planetoidy  i 
komety  małą  masę  i  nie  mogą  brać  duŜego  udziału  w  bilansie 
materii,  natomiast  brązowe  karły  byłyby  dobrym  kandydatem, 
jednak  oprócz  kilku  ciał  odkrytych  w  ostatnich  latach  nie  ma 
szacunków o rzeczywistej ich ilości w Kosmosie. 
W  drugiej  grupie  wymieniane  są  ciała  będące  końcowymi 
etapami ewolucji gwiazd: 

gwiazdy neutronowe

 

czarne dziury

 

białe karły

 i 

czarne karły

 

Są to ciała bardzo masywne, określane mianem MACHO 
(od ang. Massive  Compact Halo Objects), czyli masywne 
zwarte  obiekty  z  halo  wykrywane  w  obserwacjach  na 
podstawie 

ich 

oddziaływania 

z 

czasoprzestrzenią 

(mikrosoczewkowanie  grawitacyjne).  Jest  to  gra  słów, 
bowiem  macho  oznacza  silnego  faceta.  Jednak  załoŜenie 
duŜego  udziału  tych  ciał  w  budowie  Wszechświata 
implikowałoby  zmianę  poglądów  na  szybkość  starzenia 
się gwiazd i co za tym idzie na wiek Wszechświata. 
Polski 

astrofizyk 

Bohdan 

Paczyński 

zaproponował 

metodę,  dzięki  której  moŜna  rejestrować  takie  obiekty: 
wykorzystanie tzw. mikrosoczewkowania grawitacyjnego. 
W  efekcie  tym,  przewidzianym  juŜ  przez  Einsteina, 
światło odległej gwiazdy lub galaktyki odchyla się w polu 
grawitacyjnym  ciemnego  obiektu.  Jeśli  więc  obiekt 

znajdzie  się  między  nami  i  źródłem  światła,  zamiast  zasłonięcia  stwierdzimy  rozjaśnienie, 

 

Zasada mikrosoczewkowania grawitacyjnego 

Komputerowa 

rekonstrukcja 

przekroju 

gęstości  powierzchniowej  ciemnej  materii 
uzyskanej  metodą  mikrosoczewkowania 
grawitacyjnego 

w 

gromadzie 

CL0024+1654. Rekonstrukcja wykazała, Ŝe 
ciemna 

materia 

znajdująca 

się 

w 

gromadzie 

przewyŜsza 

swą 

masę 

wszystkich gwiazd w niej zawartych aŜ 250 
razy. 

Krzywa obrazująca pojaśnienie gwiazdy BW7 I 

117281 dzięki zjawisku soczewkowania 

grawitacyjnego. 

Page 1 of 3

Ciemna materia i ciemna energia - co to jest?

2008-03-29

http://www.fizyka.net.pl/astronomia/astronomia_oa1.html

podobnie  jak  po  przejściu  przez  soczewkę  światło  trafi  do  nas  ze  znacznie  szerszego  stoŜka,  niŜ 
przy  bezpośredniej  obserwacji.  Metoda  Paczyńskiego  doprowadziła  istotnie  do  wykrycia  wielu 
ciemnych  obiektów  w  naszej  Galaktyce.  Jest  ich  jednak  za  mało  nawet  do  wytłumaczenia 
zaburzeń  obrotu.  Musza  więc  istnieć  jeszcze  inne  rodzaje  ciemnej  materii.  Metodę 
mikrosoczewkowani polscy astronomowie stosują do znajdowania 

planet pozasłonecznych

. 

 

Słabo oddziaływuj

ą

ce masywne cz

ą

stki WIMP-y 

 
Jeśli nie MACHO, to moŜe słabo oddziałujące masywne cząstki w skrócie WIMP-y (od ang. Weakly 
Interacting Massive Particles) są składnikami ciemnej materii. Jest to znów gra słów, bowiem po 
angielsku  wimp  znaczy  mięczak  lub  słabeusz.  Są  to  nieznane  jeszcze  cząstki  elementarne  nie 
wchodzące  w  skład  normalnych  atomów.  KaŜda  galaktyka  zanurzona  byłaby  w  wielkim  obłoku 
takich  cząstek.  Być  moŜe  teŜ  WIMP-y  zbudowały  obok  nas  cały  alternatywny  Świat  z  własnymi 
planetami  i  gwiazdami?  Niewiele  o  nich  wiadomo,  poza  tym,  Ŝe  jak  wskazuje  ich  nawa,  słabo 
oddziaływają  ze  znaną  materią.  To  zresztą  jest  oczywiste,  bo  gdyby  silnie  oddziaływały,  to  juŜ 
dawno by je odkryto. 
Niedawno  wydawało  się,  Ŝe  to  neutrina  są  właśnie  poszukiwaną  ciemną  materią.  Są  to  bardzo 
słabo  oddziaływujące  cząstki  i  w  kaŜdej  sekundzie  kaŜdy  centymetr  kwadratowy  naszego  ciała 
przeszywają bez  śladu ich miliony, co więcej przechodzą bez przeszkód całą kulę ziemską. Ale w 
ostatnich latach zmierzono ich masę i okazało się, Ŝe waŜą setki tysięcy razy mniej niŜ elektrony 
(najlŜejsze  ze  znanych  cząstek)  oraz  są  zbyt  szybkie.  Stwierdzono,  Ŝe  ciemna  materia  ma 
tendencję  do  skupiania  się  jak  materia  zwykła.  Tymczasem  neutrina  są  zbyt  "gorące",  czyli 
przemierzają  przestrzeń  kosmiczną  z  prędkością  podświetlną  i  w  Ŝaden  sposób  nie  moŜna  ich 
zmusić  do  zgromadzenia  się  razem  w  jednym  miejscu.  Skupiska  mogą  tworzyć  jedynie  cząstki 
powolne i cięŜkie, czyli "zimne". 
Większe nadzieje moŜna wiązać z dwoma typami cząstek postulowanych przez 

teori

ę

 supersymetrii

 

lub 

superstrun

, których dotąd nie odkryto: tzw. partnerami supersymetrycznymi znanych cząstek 

oraz  tzw.  cząstkami  zwierciadlanego  świata.  Te  ostatnie  miałyby  oddziaływać  ze  zwykłą  materią 
tylko grawitacyjnie, byłyby więc naprawdę doskonale ciemną materią. 

 

Ciemna energia 

 
Gdy  wyznaczono  ilości  poszczególnych  form 
materii 

występujących 

w 

galaktykach 

i 

gromadach  galaktyk  za  pomocą  róŜnych  technik 
obserwacyjnych w zakresie optycznym, radiowym 
i  rentgenowskim,  to  stwierdzono,  Ŝe  łączna 
gęstość  pierwiastków  chemicznych  i  ciemnej 
materii  stanowi  zaledwie  około  jednej  czwartej 
wartości 

postulowanej 

przez 

większość 

teoretyków  (tzw.  gęstości  krytycznej).  Wielu 
kosmologów  potraktowało  to  jako  oznakę,  Ŝe 
wbrew  przewidywaniom  teoretyków,  Ŝyjemy  w 
rozszerzającym 

się 

w 

nieskończoność 

Wszechświecie o krzywiźnie hiperbolicznej niczym 
wylot  trąbki.  Interpretacji  tej  przeczyły  jednak 
pomiary  rozkładu  gorących  i  zimnych  obszarów 
mikrofalowego  promieniowania  tła,  wykazujące, 
Ŝe przestrzeń jest płaska i całkowita gęstość energii równa gęstości krytycznej. Jeśli uwzględnimy 
obie  te  obserwacje,  z  prostego  rachunku  wynika  konieczność  wprowadzenia  dodatkowej  energii, 
której  wkład  wyrównałby  brakujące  trzy  czwarte  całkowitej  gęstości  energii.  Potwierdziły  to 
ostatnie wyniki uzyskane z 

sondy WMAP

. 

Składowa ta nie moŜe pochłaniać ani emitować światła, 
gdyŜ  w  przeciwnym  wypadku  zostałaby  juŜ  dawno 
wykryta.  Pod  tym  względem  ten  nowy  rodzaj  energii, 
zwany  ciemną  energią,  przypomina  ciemną  materię. 
RóŜni  się  jednak  od  niej  jednak  istotnie.  Jego 
oddziaływanie  grawitacyjne  musi  mieć  charakter 
odpychający,  gdyŜ  inaczej,  wciągnięty  w  obręb 
galaktyk i gromad galaktyk, wpływałby dynamicznie na 

Składniki Wszechświata według ostatnich badań 

Page 2 of 3

Ciemna materia i ciemna energia - co to jest?

2008-03-29

http://www.fizyka.net.pl/astronomia/astronomia_oa1.html

widoczną materię. śadnego takiego wpływu jednak nie 
zaobserwowaliśmy.  Ponadto  grawitacja  odpychająca 
rozwiązuje  problem  przyspieszonej  ucieczki  galaktyk. 
Wszystkie 

obecne 

pomiary 

stwierdzają, 

Ŝe 

z 

niewiadomego  powodu  Wszechświat  się  rozszerza 

coraz  szybciej.  Z  pomiarów  obecnego  tempa  ekspansji,  przy  załoŜeniu,  Ŝe  ulega  ona 
spowolnieniu,  wynikałoby,  Ŝe  wiek  Wszechświata  wynosi  mniej  niŜ  13,7  mld  lat.  Tymczasem 
obserwacje  świadczą  o  tym,  Ŝe  niektóre  gwiazdy  w  naszej  galaktyce  liczą  14  mld  lat. 
Przyspieszające tempo ekspansji Wszechświata, pozwala pogodzić obliczony wiek Wszechświata z 
obserwowanym wiekiem ciał niebieskich. 
W  1998  roku  dwie  niezaleŜne  grupy  badaczy  wykorzystując  pomiary  odległych 

supernowych

, 

wykryły,  Ŝe  tempo  ekspansji  Wszechświata  ulega  przyśpieszeniu  i  to  dokładnie  tak,  jak 
przewidywano.  Nowe  badania  przeprowadzone  w  2003  roku  promieniowania  dochodzącego  z 
obszarów  na  niebie,  gdzie  jest  większe  zagęszczenie  galaktyk  dowodzą,  Ŝe  dobiega  nas 
promieniowanie  bardziej  energetyczne  (o  częstotliwości  przesuniętej  w  kierunku  niebieskiego 
widma), co interpretowane jest jako przejaw działania ciemnej energii. 
Jakie jest pochodzenie i natura tej tajemniczej energii na razie nie wiemy. Dziś rozwaŜa się dwie 
hipotezy.  W  jednej  rozwaŜana  jest  energia  próŜni,  w  innej  nieznane  pole  sił  (pole  kwantowe 
zwane kwintesencją). 
Zagadkowe przyspieszenie rozszerzania się Wszechświata próbuje się równieŜ wytłumaczyć 

innym 

prawem  grawitacji

,  bez  potrzeby  wprowadzania  pojęcia  "ciemna  energia".  Czy  istnieje  ciemna 

energia  i  jaka  jest  jej  natura  moŜemy  się  dowiedzieć  obserwując  wybuchy  bardzo  dalekich 

supernowych

. NaleŜy więc niecierpliwie czekać na nowe wyniki obserwacji. 

Obiekty  

Obserwowany  w  kwietniu  2001  roku  przez  kosmiczny 
teleskop  Hubble'a  wybuch  supernowej  odległej  o  10 
mld  lat  świetlnych.  To  obserwacja  dalekich  obiektów 
dowodzi, 

Ŝe 

rozszerzanie 

Wszechświata 

ulega 

przyspieszeniu. 

Page 3 of 3

Ciemna materia i ciemna energia - co to jest?

2008-03-29

http://www.fizyka.net.pl/astronomia/astronomia_oa1.html