Maailmankaikkeus on täynnä miljardeja galakseja ja miljardeja tähtiä, sekä melkein lukemattomia planeettojen, kuiden, asteroidien, komeetojen sekä pöly- ja kaasupilviä - ja kaikki pyörteet avaruuden laajuudessa.
Mutta jos lähestymme, mitkä ovat näiden taivaankappaleiden rakennuspalikat ja mistä ne ovat peräisin?
Vety on yleisin elementti, jota universumista löytyy, jota seuraa helium; yhdessä ne muodostavat melkein kaiken tavallisen asian. Mutta tämän osuus maailmankaikkeudesta on vain pieni - noin 5 prosenttia. Kaikki muu on valmistettu tavaroista, joita ei voi nähdä ja jotka voidaan havaita vain epäsuorasti.
Lähinnä vety
Kaikki alkoi isolla räjähdyksellä, noin 13,8 miljardia vuotta sitten, kun erittäin kuuma ja tiheästi pakattu aine yhtäkkiä ja nopeasti laajeni kaikkiin suuntiin kerralla. Millisekuntia myöhemmin vastasyntynyt maailmankaikkeus oli neutronien, protonien, elektronien, fotonien ja muiden subatomisten hiukkasten kohoava massa, kiehumassa noin 100 miljardiin Kelvin-asteeseen, NASA: n mukaan.
Jokainen aine, joka muodostaa kaikki jaksotaulukon tunnetut elementit - ja jokainen maailmankaikkeuden esine mustista reikistä massiivisiin tähtiin avaruuspölyn pisteisiin - luotiin Ison räjähdyksen aikana, sanoi tähtitieteen professori Neta Bahcall. New Yorkissa Princetonin yliopiston astrofysiikan laitoksella.
"Emme edes tiedä fysiikan lakeja, jotka olisivat olleet olemassa niin kuumassa, tiheässä ympäristössä", Bahcall kertoi Live Science: lle.
Noin 100 sekunnin ajan ison räjähdyksen jälkeen lämpötila laski edelleen sitkeään miljardiin Kelvin-asteeseen. Noin 380 000 vuotta myöhemmin maailmankaikkeus oli jäähtynyt tarpeeksi, jotta protonit ja neutronit voisivat tulla yhteen ja muodostaa litiumin, heliumin ja vetyisotoopin deuteriumin, kun taas vapaat elektronit olivat loukussa neutraalien atomien muodostamiseksi.
Koska varhaisessa maailmankaikkeudessa oli niin paljon protoneja, jotka vetoketjuivat ympäri, vedystä - kevyimmästä elementistä, vain yhdellä protonilla ja yhdellä neutronilla - tuli runsain elementti, joka muodostaa lähes 95% maailmankaikkeuden atomista. NASA: n mukaan lähes 5% maailmankaikkeuden atomista on heliumia. Sitten, noin 200 miljoonaa vuotta suuren räjähdyksen jälkeen, ensimmäiset tähdet muodostivat ja tuottivat loput elementit, jotka muodostavat murto-osan jäljellä olevasta 1%: sta kaikesta universumin tavallisesta aineesta.
Näkymättömät hiukkaset
Jotain muuta luotiin Ison räjähdyksen aikana: tumma aine. "Mutta emme voi sanoa, minkä muotoinen se oli, koska emme ole havainneet näitä hiukkasia", Bahcall kertoi Live Science: lle.
Tummaa ainetta ei voida vielä tarkkailla suoraan - mutta sen sormenjäljet säilyvät maailmankaikkeuden ensimmäisessä valossa tai kosmisessa mikroaaltosäteilyssä (CMB) pieninä säteilyvaihteluina, Bahcall sanoi. Tutkijat ehdottivat ensin pimeän aineen olemassaoloa 1930-luvulla. Teorisoitiin, että pimeän aineen näkymättömän vetovoiman on oltava se, joka pitää yhdessä nopeasti liikkuvat galaksiklusterit. Vuosikymmeniä myöhemmin, 1970-luvulla, amerikkalainen tähtitieteilijä Vera Rubin löysi epäsuorampia todisteita tumma-aineesta tähteiden odotettua nopeammissa pyörimisnopeuksissa.
Rubinin havaintojen perusteella astrofysiikot laskivat, että tumman aineen - vaikka sitä ei voitaisi nähdä tai mitata - on muodostettava merkittävä osuus maailmankaikkeudesta. Mutta noin 20 vuotta sitten tutkijat huomasivat, että maailmankaikkeudessa oli jotain jopa omituista kuin tumma aine; tumma energia, jonka uskotaan olevan huomattavasti runsaampaa kuin joko aine tai tumma aine.
Vastustamaton voima
Pimeän energian löytäminen tapahtui, koska tutkijat ihmettelivät, onko maailmankaikkeudessa riittävästi tummaa ainetta aiheuttamaan laajentumisen roiskumista tai suunnan kääntymistä, mikä aiheuttaa maailmankaikkeuden romahtamisen sisäänpäin itseensä.
Katso, kun tutkijaryhmä tutki tätä 1990-luvun lopulla, he huomasivat, että paitsi että maailmankaikkeus ei romahta itsestään, se laajenee ulospäin yhä nopeammin. Ryhmä päätti, että tuntematon voima - nimeltään tumma energia - oli työntämässä maailmankaikkeutta ilmeisessä avaruuden tyhjyydessä ja kiihdyttänyt sen vauhtia; tutkijoiden tulokset ansaitsivat fyysikoille Adam Riess, Brian Schmidt ja Saul Perlmutter fysiikan Nobel-palkinnon vuonna 2011.
Universumin kiihtyvän laajenemisnopeuden selittämiseen tarvittavat voimamallit viittaavat siihen, että tumman energian on oltava 70 - 75% maailmankaikkeudesta. Sitä vastoin pimeän aineen osuus on noin 20–25%, kun taas ns. Tavallisen aineen - asiat, jotka todella näemme - arvioidaan olevan alle 5% maailmankaikkeudesta, Bahcall sanoi.
Kun otetaan huomioon, että pimeä energia muodostaa noin kolme neljäsosaa maailmankaikkeudesta, sen ymmärtäminen on kiistatta suurin haaste tutkijoille, astrofysiikka Mario Livio kertoi sitten Space Science -sisäyhteysinstituutin kanssa Johns Hopkinsin yliopistossa Baltimoressa, Marylandissa, Live Science -sisarsivustolle. Space.com vuonna 2018.
"Vaikka pimeällä energialla ei ole aiemmin ollut valtavaa roolia maailmankaikkeuden evoluutiossa, sillä on tulevaisuudessa hallitseva asema", Livio sanoi. "Universumin kohtalo riippuu tumman energian luonteesta."
