Materia e Erret Ne Univers

8/8/2019 Materia e Erret Ne Univers

1/13

Universiteti i TiransFakulteti i Shkencave NatyroreDepartamenti i Fiziks

MATERA E ERRET NE UNIVERS

Ergys REXHEPIShtator 2010

Abstract

Rreth 90% e materies q prmban Universi nuk mund t vzhgohet n mnyr tdrejprdrejt pr sa koh nuk emeton rrezatim elektromagnetik (drit) dhe nuk

bashkvepron me materien e ndritshme, me prjashtim t bashkveprimitgravitacional. N ndryshim nga Yjet dhe gazi ndryjor t cilt, t ndritshm,vzhgohen lehtsisht n galaksit dhe q marrin emrin e materies s ndritshme(dukshme), lloji i materies q do analizohet quhet materia e errt. Askush nukmund t vzhgoj n mnyr direkte materien e errt por kjo materie prodhonpjesn m t madhe t forcs gravitacionale q mban t bashkuara galaktikat dhesht shum probabl q t mbaj t bashkuar t gjith Universin.

Materia e Errt

Pr shum koh sht besuar se do objekt prezent n Universin ton sht i dukshm dhedrgon n t gjitha drejtimet dritn e emetuar apo reflektuar, n varsi t natyrs s objektit.Kjo drit, pasi arrin Tokn, mund t dedektohet dhe t studiohet duke krkuar t merret prejsaj i gjith informacioni i mundshm mbi objektin i cili e emeton apo reflekton dritn ose tnxirren konkluzione t prgjithshme mbi kozmosin n trsi. N fakt detyra kryesore eastronomve nuk sht vetm t mbledhin dritn me an t teleskopve, qofshin ktatoksor apo hapsinor, por mbi t gjitha detyra e tyre sht q prej ktyre objekteve tdukshm t marrin informacione pr gjithka tjetr q akoma nuk shohim dhe nuk njohim nUniversin ton. Pikrisht nga analizimi i drits s ardhur nga hapsira 50 vitet e fundit, sot ne

jemi n gjendje t pohojm se 90% e materies prezente n Univers sht e prbr prejobjektesh apo grimcash t cilat nuk mund t shikohen. Me fjal t tjera, pjesa m e madhe emateries n Univers nuk emeton drit ose m mir nuk emeton rrezatim elektromagnetik dheekzistenca e ksaj materie mund t provohet vetm nga efektet q ajo shkakton (kryesishtgravitacionale) mbi materien e dukshme.Kjo mas e munguar sht quajtur materie e errt, emr ky q vjen pikrisht nga vetiathemelore e ksaj lnde: t qnit e padukshme.


2/13


3/13

Materia e ErrtE. Rexhepi

3

Grupimet e Galaktikave

N Univers ekzstojn shum galaktika, t cilat n pjesn m t madhe t rasteve nukparaqiten n mnyr t veuar prej njra-tjetrs por jan t vendosura n struktura m tmdha t cilat prmbajn shum e shum galaktika n nj hapsir t ciln mund taprcaktojm si t kufizuar edhe pse kemi t bjm me distanca t paimagjinueshme prej nesh,t rendit megaparsec (Mpc1).

Kto struktura jan grupimet e galaktikave dhe mes dy grupimeve t galaktikave ekzistojnboshllqe gjigande kozmike, t cilat n fakt zn rreth 80% t hapsirs q ne njohim.Struktura e shprndarjes s materies s dukshme shfaqet si hoje bletsh, n t cilatgalaktikat organizohen kryesisht n plane dy-dimensionale dhe ndahen prej njra-tjetrs ngazona kozmike n t cilat nuk sht e pranishme materia e ndritshme.Pr shkak t trheqjes gravitacionale, galaktikat n brendsi t t njjtit grupim lvizin me njshpejtsi tyren. Duke analizuar kto shpejtsi, studiuesit kan arritur n prfundimin se ato jan shum t mdha, me nj faktor nga 10 n 100 her m t mdha se sa shpejtsist qgalaktikat duhet t kishin nse masa e grupimit do ishte vetm ajo e dukshme. Rrjedhallogjike e gjith ksaj t on n hipotezn se duhet t ekzistoj nj sasi e konsiderueshme e

11 3, 26147086 pc vjet drit


4/13


4

materies s padukshme por gravitacionalisht aktive e cila t justifikoj vlerat e matura tshpejtsive.

Galaktikat Spirale

Nga figura e msiprme galaktikat, struktura e t cilave sht spirale, kan nj brthamqndrore me dndsi mjaft t lart dhe krah t gjat rreth ksaj brthame, t cilat ndjekinkahun e rrotullimit t t gjith strukturs. do objekt q I prket nj galaktike t tillrrotullohet m nj far shpejtsie rreth qendrs s galaktiks. Vlera e ksaj shpejtsie varetnga distanca e objektit nga qendra e galaktiks si dhe nga masa e saj.Nse kuptimi yn pr gravitetin sht i sakt athere intuitivisht themi se nj mas galaktike

m e madhe do t shkaktonte shpejtsi m t mdha t lvizjes s objekteve rreth saj. Dukestudiuar vlerat e shpejtsis s objekteve n galaktika arrihet n prfundimin se shpejtsit ematura jan shum t mdha pr t qen t justifikuara prej sasis t materies s ndritshme qsht prezente n galaktik. Rrjedhimisht, q t justifikohen kto shpejtsi, duhet t ekzistojnj sasi e konsiderueshme materie e cila sht aktive vetm nga pikpamja gravitacionale, ecila duke rritur masn e galaktiks justifikon m s miri vlerat e matura t objekteve prezenten galaktik.

Ne figur paraqitet galaktika spirale M81 me kraht e saj t mbushur me yje, e marr ngateleskopi SIRTF (Space Infrared Telescope Facility)


5/13


5

Prania e reve t gazit n pjest e jashtme t galaktikave dhe n hapsirat ndrgalaktike

Duke studiuar kufijt e jashtm t galaktikave, ku ka shum pak yje prezente dhe praluminoziteti i shkaktuar prej tyre mund t mos merret n konsiderat, jan vzhguar re tmdha gazi n grupimet e galaktikave.

Pr t shpjeguar se pse kto re nuk shprbhen duhet supozuar ekzistenca e materies s errtme nj shprndarje t ndryshme nga shprndarja q deduktojm pr materien e ndritshme. Amund t ekzistojn galaktika me materie t errt? Nga studimet m t fundit rezulton semateria e gazt luminoze shtrihet prtej kufijve t galaktikave t dukshme. Q nj gaz t jet idukshm duhet t ngrohet. Kush apo far e ngroh gazin? Nga kjo arrihet n prfundimin seekzistojn mjaft indikacione pr pranin e materies s errt t shprndar rreth do galaktikedhe n hapsirat ndrgalaktike t nj grupimi galaktikash.

Lentet gravitacionale1

1 Fenomen i provokuar nga prkulja e rrezeve t drits q vijn nga nj burim i largt (p.sh nj galaktik) nga ana e njobjekti masiv i vendosur mes burimit dhe marrsit (p.sh nj galaktik e madhe ose nj grup galaktikash). Ky fenomenka pr efekt prodhimin e imazheve t shumfishta t burimit.

Imazh me rreze X i marr nga sateliti ROSAT i mbivendosur nj fotografiet nj grupi galaktikash. Imazhi tregon, me nj ngjyr roz artificiale, nj regjigande gazi t ngroht i cili emeton nj sasi t vogl rrezesh X. Prania ektij gazi na bn t mendojm nj trheqje gravitacionale q e mban t

lidhur at. Masa e dukshme e galaktikave nuk do ishte e mjaftueshme prt mbajtur t lidhur gazin dhe pra kjo gj duhet t jet pasoj e materies serrt t shprndar mes galaktikave n nj grupim.(Dr. R. Mushotzky, Nasa Goddard Space Flight Center)


6/13


6

Termi lente gravitacionale tregon pr nj efekt, i cili prshkruhet nga pikpamja e Relativitetitt Prgjithshm, sipas t cilit fotonet e emetuara nga nj burim drite, kur kalojn n afrsi tnj trupi qiellor masiv, i nnshtrohen trheqjes gravitacionale t tij. N afrsi t ktij trupi,hapsir-koha modifikohet duke u kurbuar. Ky perturbim n hapsir-koh i shkaktuar prejfushs gravitacionale t trupit qiellor ka pr pasoj ndryshimin e trajektores s rrezeve tdrits n lidhje me trajektoren fillestare. Kjo gj on n formimin e imazheve t shumfishta tt njjtit burim. N figurn m posht tregohet skematikisht formimi i imazheve tshumfishta.

Pra trupat qiellor masiv do t sillen si lente gravitacionale.

Kur nj lente gravitacionale prbhet nga nj galaktik aponj grupim galaktikash, imazhi i burimit prbhetrespektivisht prej dy ose m shum objektesh piksoreose nga harqe t ndritshm, si tregohet n figura.

Imazh i dubluar pr shkak t lentes gravitacionale.Foto e marr nga teleskopi hapsinor Hubble (HST14164+5215) tregon n qendr galaktikn lente tvendosur mes Toks dhe burimit t drits.


7/13


8/13


8

s nevojshme pr t mbajtur t lidhur yjet n galaktika dhe galaktikat n grupimet egalaktikave. Duke prdorur metoda t trthorta, astrofizikant kan vlersuar se materiabarionike e ila nuk emeton drit t dukshme sht rreth 9 her m e madhe se sasia e materiesbarionike q emeton drit t dukshme. Lind pyetja: nga seprbhet kjo materie? Ktu kemi t bjm me re gjigandegazi n grupimet e mdha t galaktikave, vrima t zeza qvijn si pasoj e kolapsit gravitacional t yjeve gjigand, yjet vdekur1, objekte me dimensione planetare t cilt quhenprgjithsisht MACHO2 etj.Nga sa tham deri tani sht e qart se kemi nevoj prhipotezn e ekzistencs s materies s errt jo-barionike nmnyr q t kemi nj shpjegim t arsyeshm t gjndjess lidhur t yjeve n galaktika.Mendohet se Universi prmban nj numr shum tmadhe neutrinosh, grimca mjaft t njohura n fushn eFiziks s Grimcave Elementare, t cilat jan prodhuar nfazat e para t jets s Universit. Shpesh neutrinot quhen

grimca fantazm pr shkak se ato nuk zotrojnngarkes elektrike dhe kan nj mas praktikisht zero. Prkto arsye neutrinot bashkveprojn mjaft rrall mematerien e zakonshme3. Matjet me saktsi t lart trealizuara me prshpejtuesit e grimcave kan vrtetuarekzistencn e tre tipeve t ndryshme neutrinosh.Eksperimentet Kamiokande e Supekamiokande nJaponi, Macro n Gran Sasso (rajoni i Abruzzo, Itali) dheSoudan 2 n SHBA kan dhn rezultate pr tashtuquajturit neutrino atmosferike. Kto rezultate na

japin nj sugjerim t fort se nj neutrino e nj tipi mund ttransformohet n nj neutrino t nj tjetr tipi. Megjithatkto jan vetm konfirmime t parashikimeve teorike n lidhje me gjeneratat e neutrinovedhe transformimet e tyre, t dhna n vitet 1965-1980 t shekullit t kaluar, vite n t cilatsht shnuar nj prparim i jashtzakonshm nga pikpamja teorike n fushn e Fiziks sGrimcave Elementare4. Transformimi i neutrinove mund t arrihet vetm nse neutrinot kannj mas t ndryshm nga zero, gj q sht vrtetuar teorikisht. N t njjtin konkluzionarrihet edhe pr neutrinot q vijn nga Dielli, sipas eksperimenteve Homestake n SHBA,GALLEX n Gran Sasso dhe SNO n Kanada. Sipas ktyre eksperimenteve dheparashikimeve teorike, neutrinot kan nj mas jashtzakonisht t vogl; duk shumzuar

kt mas me sasin kolosale t neutrinove n Univers merret nj kontribut i tyre n masntotale t Universit pak m i vogl se ai i materies s dukshme.

1 T till jan Xhuxhat e Bardh, Yjet Neutronik etj.2 Massive Compact Halo Objects.3 Neutrinot mund t prshkojn t gjith diametrin e Toks pa bashkvepruar me grimca t tjera.4 Gauge Theory of Elementary Particle Physics, Ta-Pei Cheng dhe Ling-Fong Li, Oxford University Press(Prshtatur n shqip nga A. Borii dhe E. Rexhepi)

Struktura n shkall t gjr eUniversit. do pik prfaqson njgalaktik. Galaktika jon ndodhetn qendr t figurs dhe distancaderi n kufijt e figurs sht rreth500 milion vjet drit. Vrehen zonatme denduri t madhe tgalaktikave dhe hapsirat boshe.Zona horizontale n t cilnmungon informacioni sht ajo qndodhet n planin e galaktiksson.

(Costa et al. 1994)


9/13


9

Kontributi i neutrinove q kan mas nuk e ndryshon shum situatn, pr m tepr q efekti ityre reduktohet prej faktit se ato lvizin me nj shpejtsi shum t afrt me shpejtsin edrits dhe mund t luajn nj rol vetm n mbajtjen t lidhur t grupimeve t mdha tgalaktikave, por jo grupimet normale t galaktikave e aq m pak t kontribuojn n mbajtjent lidhur t yjeve n nj galaktik.

Edhe pse nuk ka qn akoma e mundur t evidentohet eksperimentalisht, mendohet se

energjia mesatare e neutrinove sht e madhe n krahsim me masn e tyre dhe prashpejtsia e tyre sht afrsisht sa shpejtsia e drits. Thuhet se neutrinot jan nj pjes emateries s errt t ngroht.

Paraqitje artistike e prodhimit t neutrinove atmosferike nga ana rrezeve kozmike.


10/13


10

Pr m tepr duket e nevojshme t hipotizohet q n halonet1 galaktike ka grimca me masarelativisht t mdha dhe q lvizin me shpejtsi rreth 1000 her m t vogl se sa shpejtsia edrits.Fizikant prej kohsh krkojn t prodhojn kto grimca n prshpejtuesit e energjive t lartapo deri tani nuk kan arritur akoma ti vzhgojn, gj q implikon se kto grimca duhet t jenshum masive.Nga ana tjetr, fizikan q merren me studimin e astro-grimcave po krkojn pr kto grimcan rrezatimin kozmik, duke prdorur dedektor t sofistikuar ku kto grimca duhet t hyjnn bashkveprim. Nisur nga fakti se kto bashkveprime ndodhin shum rrall sht enevojshme t reduktohet do rrezatim i teprt, si ai i lidhur me rrezatimin kozmik tngarkuar dhe radioaktivitetin natyror. Dedektort pra duhen vendosur n laboratorenntoksor.Por cilat mundt jen kto grimca masive fantazm t cilat lvizin kaq ngadal? Fizikantteorik kan ngritur hipoteza n lidhje me ekzistencn e disave prej tyre. M e uditshmja ngakto sht neutralino2 , e cila sht grimca supersimetrike me elektrikisht neutrale dhe memasn m t vogl. Ekzistenca e super-grimcave ( s particle ) bazohet mbi nj simetri tmundshm boson-fermion3, sipas s cils do grimce me spin gjysm t plot (si elektronet,

kuarket, neutrinot ...) duhet ti korrespondoj nj s-grimc e cila ka spin t plot (s-elektron, s-kuark, s-neutrino ...). N mnyr analoge, do grimce me spin t plot (psh fotoni) duhet tikorrespondoj nj s-grimc me spin gjysm t plot (psh fotino). Kandidati m i favorizuarpr t shpjeguar materien e errt (t ftoht) sht neutralino, nj s-grimc q mund tkonsiderohet si nj przierje s-grimcash t cilat jan partnert supersimetrik t fotonit,bosonit 0Z 4dhe dy bosoneve t Higgs5.Nj tjetr mundsi do ishte ajo e nuklearitve, bashksi kuarkesh Up, Down dhe Strange.Brthamat e zakonshme atomike prbhen nga nj bashksi protonesh dhe neutronesh, tcilt nga ana e tyre jan bashksi kuarkesh Up dhe Down. N ndryshim nga brthamatatomike, tek nuklearitt kuarket u, d dhe s jan t lir t lvizin n brendsi t t gjith

nuklearitit. Nuklearitt do ken densitet m t lart se brthamat e zakonshme dhe do ishin tqndrushme edhe pr masa shum m t mdha se sa ajo e brthams s uraniumit.

1 Haloni galaktik sht nj rajon i hapsirs q rrethon galaktikat spirale. Ai prbhet kryesisht nga yje t shuar, gazdhe mendohet edhe materie t errt.2 Neutralino sht grimc e predikuar nga Modelet Supersimetrike. Sipas modeleve supersimetrike, neutralino shtnj grimc elektrikisht neutrale dhe sht grimca supersimetrike m e leht. Cilsohet si nj prbrs i mundshm i

materies s errt.3 T gjitha grimcat ndahen n bosone dhe fermione. Bosonet jan grimcat t cilat kan spin t plot ndrsa fermionet jan grimca me spin gjysm t plot. Jan emrtuar n kt mnyr pr nder t Satyendranath Bose, fizikan dhematematikan indian, dhe Enrico Fermi, fizikan italian.4 Boson elektrikisht neutral i cili sht prgjegjs pr bashkveprimin e dobt. Masa e tij sht 91.1 GeV5 Bosoni i Higgs, apo si cilsohet The God Particle, sht grimca prgjegjse pr masn e do grimce tjetr dhe prthyerjen e bashkveprimit elektro-t dobt n t dobt dhe elektromagnetik. Kjo grimc evidentohet teorikisht prejteorems s Goldstone. Eksperimentalisht nuk sht vrojtuar ende, por eksperimentet q kan nisur tashm n CERNpritet t dedektojn kt grimc rreth vitit 2013 ose t hedhin posht prgjithmon ekzistencn e saj.


11/13


12/13


12

t quajtur Big-Crunch. N kt rast kemi t bjm me nj Univers t mbyllur dhe gjeometria etij sht sferike.Fizikant teorik parashikojn nj vler = 1 pr shum arsye q gjenden n modelet eformimit dhe evoluimit t Universit. Pasojat e nj gjje t till, pra = 1, jan q Universisht plan (pjat) dhe prshkruhet nga nj gjeometri euklidiane1. Duke patur parasysh se disamodele teorike, si psh teoria e inflacionit, disa studime mbi te dhnat e vzhguara mbistrukturn n shkall t gjr t Universit dhe rezultatet m t fundit nga Boomerang2konfirmojn kt vler pr , sht e nevojshme q kontributet e llojeve t ndryshme tmateries tek , duke u mbledhur mes tyre, t japin vlern 1.Duke matur kontributin e dhn nga materia e ndritshme n parametrin e densitetit, merretnj vler mat. ndritshme=0.05, q sikurse shihet sht shum larg pragut q sht 1. N ktmnyr duhet t kt nj sasi spikatse e materies duhet t jet e padukshme; n fakt nuk kaevidenca eksperimentale q t justifikojn nj vler m t madhe se mat. errt~0.35. Pjesa embetur e mass, pra rreth 70%, duhet t prbhet prej asaj q disa shkenctar e quajnenergji e errt, e cila ndoshta i dedikohet pranis s konstantes kozmologjike 3.Nga pikpamja fizike, konstantja kozmologjike nuk sht gj tjetr vese nj forc e cilafrenon zgjerimin kozmik, ose si m plqen ta quaj: anti-gravitet. Pr shkak t sikletit q

sjell, q kur sht shfaqur, qllimi kryesor i fizikanve teorik ka qn q t vrtetojn se kyterm ka vlern zero. Me gjith mundimin gati 90 vjear, akoma askush nuk ka arritur tvrtetoj, qoft dhe teorikisht, se ky term sht zero. Koht e fundit ka patur provamjaftueshmrisht bindse4 pr faktin se ky numr nuk sht zero dhe pr m tepr ai jep njkontribut n parametrin e densitetit me nj faktor t rendit 0.6-0.7, q sht ekzaktsisht pjesae munguar pr t arritur =1.

Ku ndodhet materia e errt?

Pjesa m e madhe e astronomve pajtohet me mendimin se materia e errt ekziston n afrsit

e brthamave t galaktikave. Kjo gj ndodh edhe n galaktikn ton, Rrugn e Qumshtit, kuNebuloza e Magelanit dhe dy galaktika satelite t galaktiks son q ndodhen n hemisfernjugore kan nj lvizje t influencuar nga prania e materies s errt n qndr t galaktiksson, megjithse ndodhet mbi 30000 vjet drit larg tyre. Mendohet gjithashtu se n qndr tgalaktiks son ekziston nj vrim e zez gjigande e cila vazhdon t rritet dhe ndoshta njdit do gllabroj Rrugn e Qumshtit.

1 E thn me gishta: gjeometria euklidiane sht ajo gjeometri n t ciln ka vend teorema e Pitagora-s.2Balloon Observations Of Millimetric Extragalactic Radiation and Geophysics (BOOMERanG), sht nj eksperimentq mat rrezatimin kozmik t nj porcioni t hapsirs nprmjet tre fluturimeve sub-orbitale t nj ballone n lartsi t

mdha. sht eksperimenti i par q ishte n gjndje t jepte nj imazh me rezolucion t lart t anizotropive ttemperaturs s rrezatimit kozmik. Nprmjet nj teleskopi t ngritur deri n kuotn 42 km, u b e mundur tzvoglohet absorbimi prej atmosfers toksore t mikrovalve, t prodhuara prej rrezatimit kozmik. Fluturimi i partestues u krye n qiejt e SHBA n 1997. Dy fluturimet pasardhse kan qn n 1998 dhe 2003 nga baza McMurdo nAntarktid. Balona u rrotullua rreth Polit t Jugut duke shfrytzuar shtjellat polare, duke u kthyer n pikn e nisjespas dy javsh. Nga ky efekt (boomerang) mori emrin edhe teleskopi.3 Kjo shr nj konstante e futur artificialisht n ekuacionet e Einstein-it n Relativitetin e Prgjithshm n mnyr qt mbahej n kmb hipoteza e tij e nj Universi statik.4 P.sh studimi i shprthimit t disa Yjeve, i quajtur ndryshe Supernova.


13/13


13

N prgjithsi mund t themi se aty ku ka materie t dukshme ka dhe nj far sasie materie terrt. Problemi q shtrohet sht se nse do kishte sisteme qiellore ku sht e pranishmevetm materia e errt, do ishte e pamundur t evidentohej n mnyr t drejprdrejt prshkak t padukshmris s saj. Ne mundet vet t shpresojm q nj sistem i till t jet prannj sistemi qiellor t dukshm n mnyr q t mund t vzhgojm efektet q shkakton mbit.Deri tani jemi totalisht t pafuqishm n njohjen e sasis s materies s errt q prmbahet nsisteme t tilla, dhe si prfundim mund t themi:ESHTE PAMUNDUR TE PARASHIKOJME TE ARDHMEN E UNIVERSIT DHE TE ASAJQE PERMBAHET NE TE, DUKE PERFSHIRE EDHE JETEN INTELIGJENTE, ndoshta kjosht nj e drejt ekskluzive e PERENDISE, sikurse sht edhe krijimi. E rndsishme sht senuk do ndalojm kurr s krkuari pr zgjidhjen e ksaj t panjohure q prej shekujshmundon mendjen njerzore. Nse nj dit kjo enigm do zgjidhej, plot probleme do lindninbashk me t: A DO KISHTE ME VEND TE FLISNIM PER PERENDINE? - NDOSHTA PO,NDOSHTA JO...

E Mart, 7 Shtator 201001:33

Materia e Erret Ne Univers

Documents

Transcript of Materia e Erret Ne Univers