宇宙是由什么构成的?

宇宙充满了数十亿个星系和数万亿颗恒星,以及几乎无数的行星,卫星,小行星,彗星和尘埃和气体云 – 所有这些都在浩瀚的太空中旋转。

但是,如果我们放大,这些天体的构建块是什么,它们来自哪里?

氢是宇宙中最常见的元素,其次是氦; 它们在一起构成了几乎所有普通的事物。但这仅占宇宙的一小部分 – 约占5%。其余的都是由看不见的东西组成,只能间接检测。

主要是氢气

这一切都始于大约138亿年前的大爆炸,当时超热和密集的物质突然迅速地向各个方向迅速扩展。据美国国家航空航天局称,毫秒之后,新生儿的宇宙是中子,质子,电子,光子和其他亚原子粒子,大约1000亿开氏度。

天文学教授内塔·巴卡尔说,在宇宙大爆炸期间,宇宙中创造了周期表中所有已知元素的每一个物质 – 宇宙中的每个物体,从黑洞到大质量的恒星,再到宇宙尘埃的斑点。在新泽西州普林斯顿大学的天体物理学系。

“我们甚至不知道在如此炎热,密集的环境中存在的物理定律,”Bahcall告诉Live Science。

大爆炸后大约100秒,气温下降到仍然沸腾的10亿开氏度。大约38万年后,宇宙已经冷却到足以使质子和中子聚集在一起形成锂,氦和氢同位素氘,而自由电子被捕获形成中性原子。

因为早期宇宙中存在如此多的质子,氢 – 最轻的元素,只有一个质子和一个中子 – 成为最丰富的元素,占宇宙原子的近95%。据美国宇航局称,接近5%的宇宙原子是氦原子。然后,在大爆炸之后大约2亿年,第一批恒星形成并产生了剩余的元素,这些元素占宇宙中所有普通物质的剩余1%的一小部分。

看不见的粒子

大爆炸期间还创造了其他东西:暗物质。“但我们不能说它采取了什么样的形式,因为我们还没有检测到这些颗粒,”Bahcall告诉Live Science。

Bahcall说,暗物质不能直接观察 – 但它的指纹在宇宙的第一道光或宇宙微波背景辐射(CMB)中保留,因为辐射的微小波动。科学家们首先提出了20世纪30年代暗物质的存在,理论认为暗物质看不见的拉力必然是快速移动的星系团。几十年后,在20世纪70年代,美国天文学家维拉鲁宾在恒星旋转速度快于预期的情况下发现了暗物质的更多间接证据。

根据鲁宾的研究结果,天体物理学家计算出暗物质 – 即使它无法被看到或测量 – 必须构成宇宙的重要部分。但大约20年前,科学家发现宇宙中的物质比暗物质更奇怪; 暗能量,被认为比物质或暗物质明显更丰富。

不可抗拒的力量

暗能量的发现是因为科学家们想知道宇宙中是否有足够的暗物质会导致膨胀扩散或反转方向,从而导致宇宙向内塌陷。

当一支研究​​小组在20世纪90年代后期对此进行调查时,他们发现宇宙不仅没有自身崩溃,而是以更快的速度向外扩张。该小组确定,一种未知的力量 – 被称为暗能量 – 正在明显的空间空间中推动宇宙并加速其动量; 科学家们的研究结果为物理学家Adam Riess,Brian Schmidt和Saul Perlmutter赢得了2011年诺贝尔物理学奖。

解释宇宙加速膨胀率所需力的模型表明,暗能量必须占宇宙的70%至75%。同时,暗物质约占20%至25%,而所谓的普通物质 – 我们实际可以看到的物质 – 估计占不到宇宙的5%,Bahcall说。

考虑到暗能量约占宇宙的四分之三,理解它可以说是当今科学家所面临的最大挑战,当时在马里兰州巴尔的摩的约翰霍普金斯大学太空望远镜科学研究所的天体物理学家Mario Livio告诉Live Science姊妹网站Space.com于2018年。

“虽然暗能量在过去的宇宙演化中并没有发挥重要作用,但它将在未来的演化中发挥主导作用,”利维奥说。“宇宙的命运取决于暗能量的本质。”