Astronomia

In che modo la luce influenza l'universo?

In che modo la luce influenza l'universo?

Quando la luce viene emessa, ad esempio, da una stella, quella stella perde energia, il che le fa ridurre la sua gravità. Quindi quell'energia inizia un viaggio potenzialmente per miliardi di anni, fino a raggiungere qualche altro oggetto.

Quando quella luce raggiunge una superficie, come un'altra stella o galassia, darà quell'energia alla stella di destinazione sotto forma di calore. Questo fa sì che il ricevitore aumenti la sua energia, ripristinando a sua volta una sorta di equilibrio. Inoltre, fa sì che il ricevitore emetta di nuovo una piccola quantità di luce in più, quasi come un riflesso.

Esercita anche pressione sulla superficie ricevente una volta raggiunta la sua destinazione, sia essa una stella, una roccia o qualsiasi altra cosa.

Ma mentre quella luce viaggia attraverso lo spazio, la sua energia è "non disponibile" per il resto dell'universo. Naturalmente pongo la seguente domanda:

La luce causerà gravità mentre è in viaggio?

Ogni singola stella emette luce in ogni direzione e alla fine raggiungerà ogni altra stella dell'universo. In ogni singolo punto dell'universo, deve esserci un raggio di luce continuo proveniente da ogni singola altra stella nell'universo, che ha un percorso diretto verso quel punto. Dato che tutte le stelle del cielo inviano fotoni che raggiungono ogni centimetro quadrato della superficie terrestre, la quantità di pressione dovrebbe essere abbastanza grande.

La quantità di pressione è davvero trascurabile, dato che ogni singolo atomo su qualsiasi superficie riceve luce da ogni singola fonte di luce nel cielo?

Sulla base di un calcolo trovato su http://solar-center.stanford.edu/FAQ/Qshrink.html il sole durante la sua vita emetterà lo 0,034% della sua massa totale sotto forma di energia. Supponendo che il sole sia nella media, e che ci siano circa 10^24 stelle nell'universo, e che tutte queste stelle siano in media a metà della loro vita, dovrebbe esserci energia pari alla gravità di circa 1,7*10^22 soli distribuiti in tutto l'universo.


Vecchia domanda, ma affronterò qualcosa che non è stato sollevato dalle risposte precedenti.

Fotoni $simeq$ Fotoni CMB (al primo ordine)

Come hanno già detto gli altri: sì, la luce ha energia e quindi gravita. Tuttavia, la maggior parte dei fotoni che permeano l'Universo non è di origine stellare, ma è in realtà il fondo cosmico a microonde, la cui densità di energia è di diversi ordini di grandezza più grande degli altri fotoni, come si vede nel grafico di questa risposta a " Densità numerica di fotoni CMB". In termini di densità numerica, ci sono 4-500 fotoni per cm$^3$.

Lo spazio è grande e isotropo

Poiché i fotoni CMB sono distribuiti isotropicamente, la pressione di radiazione sempre così piccola è uguale in tutte le direzioni e quindi si annulla. E sebbene siamo continuamente bombardati da fotoni CMB e fotoni stellari, lo spazio è così sbalorditivo (D. Adams, 1978) che se si considera un fotone casuale nell'Universo, la probabilità che colpisca qualcosa è trascurabile. Circa il 90% dei fotoni CMB ha viaggiato per 13,8 miliardi di anni senza colpire nulla; il restante 10% ha interagito con gli elettroni liberi che sono stati rilasciati dopo la reionizzazione, ma non sono stati assorbiti, ma solo polarizzati, e di gran lunga la maggior parte di queste interazioni ha avuto luogo poco dopo la reionizzazione; ormai, l'Universo si è semplicemente espanso troppo.

I fotoni sono spostati verso il rosso

anche se c'è è energia in fotoni, e quindi si sommano alla gravitazione, prima di tutto sono distribuiti omogeneamente nell'Universo (e quindi attraggono ugualmente in tutte le direzioni), e in secondo luogo la loro densità di energia è trascurabile rispetto ai barioni ("materia normale" come il gas, stelle e pianeti), materia oscura ed energia oscura. Infatti, le loro densità relative sono ${ ho_mathrm{bar}, ho_mathrm{DM}, ho_mathrm{DE}, ho_mathrm{phot}}/ ho_mathrm{total } = {0.05,0.27,0.68,10^{-4}}$. ma questo non era sempre il caso. Man mano che l'Universo si espande e viene creato nuovo spazio, la densità della materia diminuisce di $1/a^3$, dove $a$ è il fattore di scala ("dimensione") dell'Universo. Lo stesso vale per i fotoni, ma poiché in aggiunta sono spostati verso il rosso proporzionalmente a $a$, la loro densità di energia diminuisce di $1/a^4$. Ciò significa che andando indietro nel tempo, il contributo relativo dei fotoni al bilancio energetico aumenta, e infatti fino a quando l'Universo aveva 47.000 anni, la sua dinamica era dominata dalla radiazione.


La luce provoca la gravità durante il viaggio, un chiaro sì, per la famosa equivalenza massa-energia di Einstein. (Confronta questa discussione su StackExchange.)

L'attrazione gravitazionale della luce è trascurabile per altre masse su larga scala. Solo una piccola frazione della massa di una stella si trasforma in luce durante la sua vita, e solo una piccola parte della materia ordinaria è mai stata una stella. Una frazione della materia ordinaria (particelle modello standard) è costituita da neutrini (i neutrini e gli elettroni sono leptoni). La materia barionica è costituita principalmente da idrogeno e da alcuni elio (nuclei) formati poco dopo il big bang.

Una piccola frazione di massa di una stella è costituita da fotoni, che escono dalla stella. Questo viaggio può durare milioni di anni.

L'effetto della luce sugli asteroidi non è trascurabile, ma non è l'attrazione gravitazionale. E' principalmente l'effetto YORP. Anche la polvere è influenzata dalla luce.


Sì, la luce gravita. La carica gravitazionale è energia. Bene, la gravità è una forza di spin 2, quindi hai davvero anche quantità di moto e stress, ma sono analoghi a una generalizzazione della corrente elettrica.

In generale, tutto ciò che contribuisce al tensore stress-energia avrà qualche effetto gravitazionale, e la luce lo fa, avendo sia una densità di energia che esercitando una pressione nella direzione della propagazione.

Ma mentre quella luce viaggia attraverso lo spazio, la sua energia è "non disponibile" per il resto dell'universo.

Non proprio. Gravita ancora. Tuttavia, l'era dominata dalle radiazioni risale a circa 50.000 anni dopo il Big Bang, ma è passata da molto tempo. Oggi l'effetto gravitazionale della radiazione è cosmologicamente trascurabile. Viviamo in una transizione tra ere dominate dalla materia e dominate dall'energia oscura.

Dato che tutte le stelle del cielo inviano fotoni che raggiungono ogni centimetro quadrato della superficie terrestre, la quantità di pressione dovrebbe essere abbastanza grande.

La pressione della luce su qualsiasi superficie è proporzionale alla densità di energia luminosa incidente su di essa. Possiamo quindi verificare direttamente questo ragionamento osservando che il cielo è buio di notte.

Perché è buio di notte e probabilmente merita la sua domanda (cfr. anche il paradosso di Olbers), ma è abbastanza chiaro che in realtà è piuttosto piccolo. Per essere onesti, dovremmo controllare più della gamma visibile, ma anche così il cielo è piuttosto scuro. Quindi, in media, la pressione leggera è molto piccola.

Abbiamo il privilegio di essere vicini a una stella, ma anche durante il giorno la leggera pressione dovuta al Sole è dell'ordine dei micropascal.

… dovrebbe esserci energia pari alla gravità di circa 1,7*10^22 soli distribuiti in tutto l'universo.

E questa è una piccola quantità. Come hai appena detto, questo è l'equivalente di circa lo 0,034% della massa totale delle stelle nell'universo, che a sua volta costituisce solo una frazione della materia nell'universo. Allora perché sei sorpreso che il suo effetto sia trascurabile? È letteralmente migliaia di volte inferiore all'incertezza nelle misurazioni della quantità di materia nell'universo.


Dispersione della Luce

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Guarda nel cielo piovoso! Cosa vedi? Bene, se è appena piovuto e il sole splende di nuovo, è probabile che tu veda un arcobaleno. È sempre uno spettacolo incantevole, vero? Ma perché dopo un temporale l'aria sembra catturare la luce nel modo giusto per produrre questo magnifico fenomeno naturale? Proprio come le stelle, le galassie e il volo di un calabrone, una fisica complicata è alla base di questo bellissimo atto della natura. Per cominciare, questo effetto, in cui la luce viene scomposta nello spettro visibile dei colori, è noto come Dispersione della Luce. Un altro nome è l'effetto prismatico, poiché l'effetto è lo stesso di se si guardasse la luce attraverso un prisma.

Per dirla semplicemente, la luce viene trasmessa su diverse frequenze o lunghezze d'onda. Ciò che conosciamo come “color” sono in realtà le lunghezze d'onda visibili della luce, che viaggiano tutte a velocità diverse attraverso mezzi diversi. In altre parole, la luce si muove a velocità diverse attraverso il vuoto dello spazio rispetto a quanto fa attraverso l'aria, l'acqua, il vetro o il cristallo. E quando entra in contatto con un mezzo diverso, le diverse lunghezze d'onda del colore vengono rifratte ad angoli diversi. Quelle frequenze che viaggiano più veloci vengono rifratte ad un angolo più basso mentre quelle che viaggiano più lentamente vengono rifratte ad un angolo più acuto. In altre parole, vengono dispersi in base alla loro frequenza e lunghezza d'onda, nonché all'indice di rifrazione dei materiali (ovvero quanto nettamente rifrange la luce).

L'effetto complessivo di questo - diverse frequenze di luce che vengono rifratte ad angoli diversi mentre passano attraverso un mezzo - è che appaiono come uno spettro di colori ad occhio nudo. Nel caso dell'arcobaleno, ciò si verifica a causa della luce che passa attraverso l'aria satura di acqua. La luce solare viene spesso definita "luce bianca" poiché è una combinazione di tutti i colori visibili. Tuttavia, quando la luce colpisce le molecole d'acqua, che hanno un indice di rifrazione più forte dell'aria, si disperde nello spettro visibile, creando così l'illusione di un arco colorato nel cielo.

Consideriamo ora un riquadro di finestra e un prisma. Quando la luce passa attraverso il vetro che ha i lati paralleli, la luce ritornerà nella stessa direzione in cui è entrata nel materiale. Ma se il materiale ha la forma di un prisma, gli angoli per ogni colore saranno esagerati e i colori verranno visualizzati come uno spettro di luce. Il rosso, poiché ha la lunghezza d'onda più lunga (700 nanometri) appare nella parte superiore dello spettro, essendo meno rifratto. Seguono poco dopo Orange, Yellow, Green, Blue, Indigo e Violet (o ROY G. GIV, come piace dire a qualcuno). Questi colori, va notato, non appaiono perfettamente distinti, ma si fondono ai bordi. È solo attraverso la sperimentazione e la misurazione in corso che gli scienziati sono stati in grado di determinare i colori distinti e le loro particolari frequenze/lunghezze d'onda.

Abbiamo scritto molti articoli sulla dispersione della luce per Universe Today. Ecco un articolo sul telescopio rifrattore ed ecco un articolo sulla luce visibile.

Se desideri maggiori informazioni sulla dispersione della luce, dai un'occhiata a questi articoli:
dispersione di Luce da Prismi
Q & A: Dispersione della luce

Abbiamo anche registrato un episodio di Astronomy Cast tutto sul telescopio spaziale Hubble. Ascolta qui, episodio 88: Il telescopio spaziale Hubble.


Chiedi a Ethan: la materia oscura può davvero spiegare la struttura dell'universo?

La formazione della struttura cosmica, sia su larga scala che su piccola scala, dipende fortemente da come. [+] la materia oscura e la materia normale interagiscono, così come le fluttuazioni di densità iniziali che hanno la loro origine nella fisica quantistica. Le strutture che sorgono, inclusi ammassi di galassie e filamenti su larga scala, sono conseguenze indiscutibili della materia oscura.

Collaborazione Illustris / Simulazione Illustris

Uno dei componenti più sconcertanti dell'Universo deve essere la materia oscura. Sebbene disponiamo di straordinarie prove astrofisiche che la materia normale nell'Universo - la sostanza costituita da particelle note nel Modello Standard - non può spiegare la maggior parte degli effetti gravitazionali che osserviamo, tutte queste prove sono indirette. Dobbiamo ancora ottenere uno straccio di prova diretta ripetibile e verificabile per qualunque particella possa essere responsabile della materia oscura. L'evidenza totale pone vincoli molto stretti a qualsiasi interazione non gravitazionale che la materia oscura potrebbe possedere. Ma se la materia oscura interagisce solo tramite la forza gravitazionale, può davvero spiegare la struttura dell'Universo? Questo è ciò che il dottor Laird Whitehill, sostenitore di Patreon, vuole sapere, chiedendo:

“Se le particelle di materia oscura non interagiscono e l'unica forza che governa il loro movimento è la gravità, come fanno le particelle di materia oscura a fondersi in una nuvola? [In altre parole,] perché non tutte le particelle sono iperboliche?"

Questa è una domanda molto profonda e la risposta ci porta nel cuore di come funziona la gravità nell'Universo. Cominciamo dal nostro cortile.

All'interno del nostro Sistema Solare, l'influenza gravitazionale del Sole ha un effetto dominante su tutte le . [+] masse che si avvicinano ad esso. Il Sole rappresenta il 99,8% della massa del nostro Sistema Solare ed è la ragione per cui tutti gli oggetti che abbiamo scoperto hanno le loro orbite in una delle quattro categorie: circolare, ellittica, parabolica o iperbolica.

Qui nel nostro Sistema Solare, oltre il 99,8% della massa esiste in una sola posizione centrale: il nostro Sole. Se un'altra massa si avvicina abbastanza da essere significativamente influenzata dalla gravitazione del Sole, ci sono solo quattro possibili traiettorie che può intraprendere.

  1. Può fare un'orbita ellittica attorno al Sole, cosa che farà sempre se è legata gravitazionalmente.
  2. Può fare un'orbita circolare attorno al Sole, che è anche legato gravitazionalmente ma ha una serie speciale di parametri orbitali.
  3. Può fare un'orbita parabolica attorno al Sole, cosa che fa se è proprio sul confine tra essere legato gravitazionalmente e non essere legato.
  4. Oppure può creare un'orbita iperbolica, che è ciò che farà sempre se non è gravitazionalmente svincolato.

C'è solo un altro pianeta nella nostra galassia che potrebbe essere simile alla Terra, dicono gli scienziati

Nelle foto: la "Super Strawberry Moon" brilla mentre la prima, più grande e più luminosa luna piena dell'estate è bassa

29 civiltà aliene intelligenti potrebbero averci già individuati, dicono gli scienziati Scientist

Gli oggetti che entrano nel nostro Sistema Solare dall'esterno di esso - intrusi interstellari come 'Oumuamua o Borisov - faranno sempre un'orbita iperbolica fintanto che sono influenzati solo dal Sole (e non da nessuno degli altri oggetti nel Sistema Solare ) gravitazione.

L'oggetto naturale più eccentrico mai scoperto nel nostro Sistema Solare, 2I/Borisov è appena passato. [+] attraverso. All'inizio di dicembre del 2019, ha fatto i suoi avvicinamenti più ravvicinati sia al Sole che alla Terra, passando all'interno dell'orbita di Marte. Borisov è ormai lontano da tempo, sulla via del ritorno dal Sistema Solare su un'orbita iperbolica.

Casey M. Lisse, slide di presentazione (2019), comunicazione privata

Questo perché la gravità è ciò che chiamiamo una forza conservativa: gli oggetti che interagiscono solo gravitazionalmente entreranno in una regione dello spazio con la stessa velocità e la stessa energia cinetica con cui la lasceranno. La gravità cambierà solo la traiettoria dell'oggetto, non la sua velocità o la sua energia, entrambe queste quantità vengono conservate, poiché né l'energia né la quantità di moto vengono liberate o perse dal sistema.

Sebbene abbiamo osservato che questo è vero in moltissimi casi - sia all'interno che all'esterno del nostro Sistema Solare - è esattamente vero in teoria nella gravità newtoniana, e sarebbe esattamente vero nella Relatività Generale se fossi disposto a ignorare la minuscola quantità di energia persa a causa delle onde gravitazionali. Ciò significa che qualsiasi oggetto che interagisce solo gravitazionalmente, inclusa una particella solitaria di materia oscura, entrerebbe nel Sistema Solare a una velocità particolare, si avvicinerebbe al Sole e raggiungerebbe una velocità massima, sarebbe reindirizzato dalla gravità e uscirebbe dal Sistema Solare alla stessa identica velocità (ma in una direzione diversa) rispetto a quella con cui è entrato.

Questo diagramma schematico del nostro sistema solare mostra inizialmente il percorso drammatico dell'oggetto. [+] designato A/2017 U1 (linea tratteggiata) mentre attraversava il piano dei pianeti (noto come eclittica), quindi si voltò e tornò indietro. Questo oggetto è ora noto per avere un'origine interstellare ed è stato chiamato 'Oumuamua. La sua orbita iperbolica deriva dalla legge della forza newtoniana e parte alla stessa velocità con cui è entrata nel nostro Sistema Solare.

Brooks Bays / Servizi di pubblicazione SOEST / UH Institute for Astronomy

La ragione per cui la materia normale forma le strutture complesse che vediamo, strutture come galassie, ammassi stellari, singoli sistemi solari e altri "gruppi" di materia, è perché può sperimentare queste interazioni non gravitazionali. Attraverso le forze elettromagnetiche e nucleari, la materia normale può fare tutto quanto segue:

  • sperimentare collisioni anelastiche "appiccicose", in cui due o più particelle si legano insieme per formare una particella composita,
  • interagiscono con la radiazione, dove possono irradiare energia (sotto forma di calore) o assorbire la radiazione, modificandone l'energia cinetica e la quantità di moto,
  • e può dissipare energia in modo efficiente, consentendo un tipo di collasso gravitazionale che la materia oscura non può subire.

Considerando che, in un sistema immutabile, una particella di materia oscura che cade ad una certa velocità ne uscirebbe inevitabilmente alla stessa velocità (e raggio) con cui è entrata, una particella fatta di materia normale potrebbe interagire in modo non gravitazionale con tutti le altre particelle di materia normale e radiazioni all'interno. In generale, entrerà in collisione con quelle particelle, trasferendo energia tra di loro, portando alla produzione di radiazioni e creando uno stato finale più strettamente legato rispetto allo stato iniziale.

Mentre la materia normale all'interno di una struttura legata, come una galassia, si scontrerà, interagirà e . [+] dissipare energia, la materia oscura non può fare una cosa del genere. Di conseguenza, la materia normale si fonde al centro, producendo un piccolo disco ricco di materia con bracci a spirale, stelle, pianeti e altre strutture molto dense, mentre la materia oscura rimane in un ampio alone diffuso senza tale piccola scala. strutture.

La materia normale, poiché può dissipare la sua energia e il suo slancio in un modo che la materia oscura non può, può facilmente formare strutture legate e collassate. La materia oscura, invece, non può. Se hai solo interazioni gravitazionali quando cadi in una struttura stabilita e immutabile, te ne andrai con le stesse proprietà con cui sei entrato.

Ma l'Universo non è veramente un luogo stabilito e immutabile, e questo cambia drasticamente la storia. In particolare, ci sono due fenomeni a cui dobbiamo prestare attenzione, perché entrambi giocano un ruolo importante.

  1. L'Universo non è statico e immutabile, ma piuttosto si espande nel tempo.
  2. Le strutture all'interno dell'Universo non sono statiche e immutabili, ma piuttosto subiscono una crescita gravitazionale nel tempo.

Questi due fatti ciascuno, da soli, possono alterare il destino di una particella di materia oscura che viene sotto l'influenza di una struttura massiccia che le capita di incontrare.

Mentre la materia (sia normale che oscura) e la radiazione diventano meno dense man mano che l'Universo si espande a causa di . [+] il suo volume crescente, l'energia oscura è una forma di energia inerente allo spazio stesso. Man mano che il nuovo spazio viene creato nell'Universo in espansione, la densità dell'energia oscura rimane costante. Il nostro Universo contiene numerose specie di materia e radiazioni, incluse sia la materia normale che la materia oscura, e contiene anche una dose di energia oscura.

E. Siegel / Oltre la Galassia

1.) L'Universo in espansione. Il fatto che l'Universo si stia espandendo fa una serie di cose importanti. Riduce la densità numerica delle particelle, perché aumenta il volume dell'Universo lasciando invariata la massa totale. Fa sì che la lunghezza d'onda della radiazione si sposti verso il rosso, perché la distanza tra due punti arbitrari nell'Universo - anche i due punti che definiscono cos'è una "lunghezza d'onda" per un singolo fotone - si allunga nel tempo, allungando la sua lunghezza d'onda e portandola progressivamente a energie inferiori.

Bene, anche le particelle massicce, anche le particelle di materia oscura, sono influenzate dall'espansione dell'Universo. Non sono definiti da una lunghezza d'onda come lo sono i fotoni, ma hanno una certa energia cinetica in un dato momento. Nel tempo, man mano che l'Universo si espande, quell'energia cinetica diminuirà, abbassando la loro velocità rispetto a qualsiasi osservatore vicino mentre l'Universo si espande.

Ecco come puoi immaginarlo.

Questa animazione semplificata mostra come la luce si sposta verso il rosso e come cambiano le distanze tra gli oggetti non legati. [+] nel tempo nell'Universo in espansione. Nota che gli oggetti iniziano a essere più vicini del tempo impiegato dalla luce per viaggiare tra di loro, la luce si sposta verso il rosso a causa dell'espansione dello spazio e le due galassie finiscono molto più distanti rispetto al percorso di viaggio della luce intrapreso dal fotone scambiato fra loro. Se fosse una particella invece di un fotone, non si sposterebbe verso il rosso, ma perderebbe comunque energia cinetica.

Immagina di avere una particella che si muove nello spazio, dal punto A (dove inizia) al punto B (che è dove finirà). Se lo spazio fosse immutabile e non si espandesse, e non ci fosse gravità, allora qualunque velocità avesse iniziato ad avere nel punto A sarebbe uguale alla velocità di arrivo nel punto B.

Ma lo spazio si sta espandendo. Quando la particella lascia il punto A, ha una certa velocità, dove la velocità è definita come una distanza nel tempo. Man mano che l'Universo si espande, si espande anche la distanza tra il punto A e il punto B, il che significa che la distanza aumenta nel tempo. La particella stessa, nel tempo, percorre una percentuale minore della distanza che separa A da B col passare del tempo. Pertanto, la particella si muove verso B a un ritmo più lento verso la fine del suo viaggio rispetto all'inizio del suo viaggio.

Questo vale anche quando una particella di materia oscura si avvicina e cade in una grande struttura gravitazionale, come una galassia o un ammasso di galassie. Dal momento in cui inizia a cadere in una struttura al momento in cui raggiunge l'altro lato ed è pronto per uscire di nuovo, l'espansione dell'Universo ha abbassato la sua velocità, il che significa che una particella in caduta che era solo leggermente liberata gravitazionalmente quando ha incontrato per la prima volta una struttura che può diventare leggermente legata gravitazionalmente a causa dell'espansione dell'Universo.

La crescita della rete cosmica e la struttura su larga scala nell'Universo, mostrata qui con il . [+] l'espansione stessa si è ridimensionata, facendo sì che l'Universo diventi più raggruppato e ingombrante col passare del tempo. Inizialmente piccole fluttuazioni di densità cresceranno per formare una rete cosmica con grandi vuoti che le separano, poiché le strutture con più massa di altre attrarranno preferenzialmente tutte le masse circostanti.

2.) Crescita gravitazionale. Questo è un effetto leggermente diverso, ma non per questo meno importante: le strutture legate alla gravità crescono nel tempo, poiché sempre più materia vi cade. La gravitazione è una forza incontrollata nell'Universo, nel senso che se inizi con un Universo uniforme, dove tutto intorno a te ha la stessa densità tranne che per un luogo che è leggermente più denso della media, quella regione inghiottirà progressivamente sempre più la materia circostante nel tempo. Più massa hai in una regione, maggiore è la forza gravitazionale, rendendo più facile attirare sempre più massa col passare del tempo.

Ora, immaginiamo di essere una particella di materia oscura che cade in una di queste regioni in crescita gravitazionale. Entri in questa regione con una velocità piccola ma positiva, attratta dalla quantità totale di massa all'interno di quella regione. Mentre cadi verso il centro di questa regione, acceleri in base alla quantità di massa che è lì dentro ora. Ma mentre cadi dentro, cadono anche altre masse - alcune delle quali sono materia normale e altre sono materia oscura - aumentando la densità e la massa totale di dove ti trovi.

L'evoluzione della struttura su larga scala nell'Universo, da uno stato iniziale e uniforme al . [+] Universo a grappolo che conosciamo oggi. Il tipo e l'abbondanza di materia oscura porterebbero a un Universo molto diverso se alterassimo ciò che possiede il nostro Universo. Si noti il ​​fatto che la struttura su piccola scala appare presto in tutti i casi, mentre la struttura su scala più grande non si manifesta fino a molto più tardi, ma che le strutture diventano più dense e più ingombranti con il passare del tempo in tutti i casi.

ANGULO ET AL. (2008) UNIVERSITÀ DI DURHAM

Raggiungi il periasse della tua orbita (l'approccio più vicino al centro di massa della struttura in cui ti trovi), e ora inizi il lungo viaggio di ritorno. Ma la quantità di massa che ora ti sta tirando indietro, che devi superare per uscirne, è cresciuta nel tempo. È come se fossi caduto in un sistema solare con la massa del nostro Sole, ma mentre te ne vai, scopri che stai cercando di scappare da un sistema solare con una massa di qualche punto percentuale più massiccia del nostro Sole. Il che significa, nel complesso, che se ti stavi muovendo abbastanza lentamente quando sei caduto per la prima volta, non sarai in grado di tornare indietro e rimarrai legato gravitazionalmente.

In realtà, questi due effetti sono entrambi in gioco, e mentre entrambi possono portare la materia oscura a diventare parte delle strutture su larga scala legate alla gravità nell'Universo, il loro effetto combinato è ancora più significativo. Quando si simula come si forma la struttura nell'Universo con entrambi questi effetti inclusi, si scopre che non solo la materia oscura costituisce la maggior parte della massa in queste strutture legate che sorgono, ma che anche se si simulasse un Universo che aveva solo oscurità materia - senza alcuna materia normale - formerebbe comunque una vasta rete cosmica di strutture.

Questo frammento di una simulazione di formazione di strutture, con l'espansione dell'Universo in scala, . [+] rappresenta miliardi di anni di crescita gravitazionale in un Universo ricco di materia oscura. Si noti che i filamenti e gli ammassi ricchi, che si formano all'intersezione dei filamenti, sorgono principalmente a causa della materia oscura, la materia normale svolge solo un ruolo minore.

Ralf Kähler e Tom Abel (KIPAC)/Oliver Hahn

Se l'Universo fosse come Einstein lo immaginava originariamente - statico e immutabile nel tempo - allora le particelle di materia oscura non sarebbero affatto legate gravitazionalmente. Qualsiasi struttura in cui è caduta una particella di materia oscura, un tempo specifico dopo, vedrebbe quella particella di materia oscura scappare ancora una volta: una situazione che si applicherebbe ugualmente a pianeti, sistema solare, galassie e persino ammassi di galassie.

Ma poiché l'Universo si espande, riducendo l'energia cinetica delle particelle che lo attraversano, e poiché anche le strutture crescono gravitazionalmente nel tempo, il che significa che una particella che cade ha più difficoltà a tornare indietro, le particelle di materia oscura finiscono per essere legate gravitazionalmente all'interno di queste strutture. Anche se non si scontrano, non si scambiano quantità di moto o dissipano in altro modo energia, contribuiscono comunque in modo significativo alla struttura su larga scala dell'Universo. Mentre solo la materia normale collassa per formare strutture ultra-dense come stelle e pianeti, la materia oscura rimane in aloni e filamenti grandi e diffusi. Quando si tratta della struttura su larga scala dell'Universo, la presenza della materia oscura ha un chiaro effetto che semplicemente non possiamo ignorare.


L'inquinamento luminoso danneggia l'ambiente

In generale, l'azione più comune è che l'inquinamento luminoso alteri e interferisca con i tempi delle attività biologiche necessarie. Per circa la metà di tutta la vita, quelle specie crepuscolari e notturne che iniziano le loro attività quotidiane al tramonto, le nostre luci artificiali di notte limitano seriamente le loro vite, esponendole ai predatori e riducendo il tempo che devono trovare cibo, riparo o accoppiamenti e riprodursi .

Assumere che altri organismi viventi su questo pianeta si stiano semplicemente "adattando" ai nostri programmi di illuminazione appena creati per comodità commerciale è apaticamente ignorante e folle. Sfortunatamente, è molto, molto più facile installare una luce installata male all'esterno piuttosto che capire gli effetti negativi che proietta verso il basso la luce da essa. Ad esempio, le strade degli Stati Uniti contribuiscono con un'enorme quantità di luce dispersa. Tutta quella cattiva illuminazione potrebbe essere rifatta sostituendo le lampadine alogene da 300 W rivolte verso l'alto con luci a LED più efficienti e puntando i LED verso il basso. Gli straordinari costerebbero molto meno ai contribuenti senza causare un solo cambiamento nella qualità delle informazioni fornite al viaggiatore o compromettere la loro sicurezza. Tale illuminazione sembra particolarmente dispendiosa in quanto i fari delle auto sono più che sufficienti per illuminare i segnali, quindi le luci non sono affatto necessarie ora.

Tuttavia, la cattiva illuminazione non si limita solo alle strade. Tiffany Saleh ha scritto un buon articolo sugli "Effetti dell'illuminazione artificiale sulla fauna selvatica" spiegandolo nel sito Web di WildlandsCPR.org.

Questa pagina fornisce un sovraccarico organizzativo per alcuni degli impatti che l'inquinamento luminoso ha su diverse specie che hanno vissuto su questo pianeta molto più a lungo di noi umani "giovanni-come-ultimamente". La colonna del menu blu scuro a sinistra ti aiuterà anche a navigare in queste pagine man mano che crescono.

Nell'arco di soli cento anni, la nostra creazione di una notte che non si verifica ha effetti reali sugli animali che erano qui prima di noi. Per gli stessi problemi di soppressione della melatonina che abbiamo con le luci notturne, crea problemi simili negli animali. La melatonina è il regolatore ormonale cronobiotico della crescita delle cellule neoplastiche, il che significa che è solo il segnale ormonale del nostro orologio biologico, viene utilizzato per tali funzioni nei mammiferi di tutto il mondo. I biologi lo descrivono come l'ormone conservatore più evolutivo che conosciamo, il che significa che è uno degli ormoni più antichi conosciuti nell'albero della vita che fondamentalmente segnala ai geni e agli organi se è giorno o meno. Quindi l'inquinamento luminoso colpisce anche gli animali. Una semplice occhiata agli articoli nelle pagine Inquinamento luminoso vs. Salute umana conferma facilmente questo fatto poiché il test della melatonina viene eseguito più e più volte sulle specie di ratto. Infatti, si trova in quasi tutti gli organismi.

Ma la melatonina è più di un antico ormone sepolto nel profondo di noi e degli animali che ne subiscono l'impatto. La notte dice a tanti animali quando mangiare, quando dormire, quando cacciare, quando migrare o anche quando riprodursi, si stima che metà di tutta la vita sulla terra inizi le proprie attività quotidiane al tramonto. Ecco un breve resoconto incompleto di come l'inquinamento luminoso danneggia coloro che vivono al di fuori del nostro mondo materialista.

Our Vanishing Night -- Video di YouTube di astrogirlwest

Cosa succede quando tutti i luoghi oscuri sono spariti?
Inquinamento luminoso: le sue conseguenze reali e distruttive sono raramente riconosciute, ma è un problema con soluzioni facili che hanno un senso economico. Tutte le creature viventi si affidano al ritmo regolare del giorno e della notte della Terra per regolare i cicli interni. Molti usano la protezione dell'oscurità per nutrirsi e accoppiarsi in sicurezza. Esistiamo in equilibrio con il nostro ambiente, un delicato equilibrio che stiamo spostando. Nel processo stiamo anche perdendo la nostra connessione con il cielo notturno e l'universo al di là.

VELOCE: Un nuovo studio riporta che le luci accese di notte possono peggiorare le condizioni di smog per una città! La luce solare scompone il radicale nitrato NO3, quindi i suoi livelli si accumulano durante la notte. Così facendo, neutralizza alcuni degli altri ossidi di azoto (NOX) che contribuiscono allo smog. Ma non è solo la luce del sole che può abbattere NO3 qualsiasi luce può farlo, specialmente quelle luci della città che rimangono accese tutta la notte. I lampioni sono spesso immediatamente accanto alle fonti di scarico che creano smog e sono circa 25 volte più forti della luce di una luna piena. Questo effetto combinato riduce il detergente naturale NO3i livelli si abbassano del 7%, che poi aumenta le componenti dello smog di un non trascurabile 5%.

Ora aggiungi a ciò la pratica di luci esterne aggiuntive accese per le festività natalizie.

Fare clic di seguito per ulteriori pagine relative agli effetti dell'inquinamento luminoso su piante e animali in:

Il vecchio Lakota era saggio. Sapeva che il cuore dell'uomo lontano dalla natura diventa duro, sapeva che la mancanza di rispetto per la crescita, gli esseri viventi ha portato presto alla mancanza di rispetto anche per gli umani.

-- Capo Luther Orso in piedi

Collegamenti ad altri siti

The Florida Fish and Wildlife Conservation Commission has their own pages about light pollution effects on various biological organisms. Check them out as they are in the field, obseving these effects directly!

The SkyKeepers.org out in California has their own Ecological Light Pollution page covering additional articles and reports on the effects of lights at night and the environment.

light pollution harms the environment harms animals environmental problem Florida Palm Beach County Broward County Miami Dade County light pollution in the deserst Las Vegas light pollution


W ayne h u

Key Concepts

  • Position of peaks mainly sensitive to curvature
  • Shapes fixed by the physical density of matter and baryons
  • Missing or " dark energy " plays a small roll in the position of peaks

As advertised, the position of that first peak in the power spectrum of the anisotropies, and indeed all of the peaks, depend sensitively on the spatial curvature of the universe. As the curvature of the universe decreases (and in fact becomes negative in the yellow curve below)

the peaks move to smaller angles (higher multipole io) while preserving their shape. Cosmologists fraction of the critical density in matter &Omega m so that as 1-&Omega m increases from zero, the universe becomes increasingly negatively curved if there is no other forms of "missing energy" that we've missed in our accounting.

In the blue curve, we assume that there is indeed a form of "missing" or dark energy in a cosmological constant that makes the universe flat despite a sub-critical density of matter. We see that the positions mainly care about the curvature of the universe but there is a small shift to larger angular scales (lower multipoles) through the introduction of a cosmological constant. This is because the cosmological constant produces a small change in the distance light can travel since recombination , a fact that is related to its well known effect on the age of the universe.

Note that in the above figure we assume that the physical density of the matter (&Omega m h 2 ) is fixed. This is different from saying its fraction of the critical density (&Omega m ) is fixed since the Hubble constant (h), or expansion rate today, enters into the definition of the critical density. Given our current uncertainties about the physical density of the matter, the distance that sound can travel by recombination is currently uncertain, a fact related to the matter's effect on the age of the universe at recombination. Likewise we have assumed that the physical density of the baryons (&Omega b h 2 ) is fixed. Baryons lower the speed of sound in the medium and hence also affect the distance sound can travel. Luckily both of these quantities dramatically change the shape of the peaks as we shall see. They will be measured once the higher peaks are detected and will no longer confuse the measurement of the curvature. As it turns out, the sound horizon is not a standard ruler but rather a standardizeable ruler .


How does light affect the universe? - Astronomia

A lot about the world has been learned during the past few centuries, but some mysteries still remain. Apparently, Nature has not revealed to us all her secrets but scientists are hard at work trying to decipher them.

On August 28, 1999, National Public Radio's Science Friday program presented some of the greatest unsolved problems in science. Here is Jupiter Scientific's list.

More detailed information will be provided in the coming months, so come back and find out more.

In Astronomy: The Mystery of Dark Matter

What Is Dark Matter?
Astronomers have discovered that there is an amazing halo of mysterious invisible material that engulfs galaxies and clusters of galaxies. Astronomers have no idea what it is, and it composes about 95% of the mass of the Universe.
If It's Invisible, Then How Does One Sense Its Existence?
Astronomers have detected dark matter indirectly through its gravitational pull. For example, dark matter causes the stars in the outer regions of a galaxy to orbit faster than they would if there was only ordinary matter present.
What Are Some of the Speculations as to Its Composition?
If neutrinos have mass, they might be a component of dark matter. Black holes and undiscovered, exotic elementary particles are other possibilities.
Why Is Dark Matter Important?
Dark matter played a crucial role in galaxy formation during the evolution of the cosmos. It also determines the ultimate fate of the Universe.

Click here for additional information about dark matter.
To read a transcipt of a radio broadcast on dark matter, click here.

In Gravity: The Construction of a Consistent Quantum Theory of Gravity

What Is the Difficulty?
The theory of gravity as formulated by Einstein is incompatible with the rules of quantum mechanics. Theorists encounter serious difficulties when trying to construct a quantum version of gravity.
How Would Our Understanding of Gravity Be Affected?
A quantum gravity theory would lead to few noticeable effects in the macroscopic world. At distances much, much smaller than an atom, however, Einstein's gravity theory would be significantly changed.
Why Is This Problem Important?
Quantum mechanics and gravity are two great pillars of science. The marriage of these two principles would create a new fundamental understanding of Nature. There could also be implications for black holes.

For a more detailed discussion, click here.

In Particle Physics: The Mechanism That Makes Fundamental Mass

What Is the Problem?
The masses of the electron, proton and neutron are generated through what-is-called "electroweak breaking," but particle physicists do not know how this breaking mechanism works.
Does "Electroweak Breaking" Affect the Macroscopic World?
Since all material is made of atoms and since atoms are made of electrons, protons and neutrons, the "breaking" produces the mass of everything.
When Are Scientists Likely to Solve This Problem?
The Large Hadronic Collider, which is being built near Geneva, Switzerland, should be completed around the year 2005. By the end of the next decade, physicists probably will know the answer.

Click here for more information. See also the Jupiter Scientific report on the Possible Discovery of the "God Particle".

In Theoretical High-Energy Physics: The Unification of the Basic Forces

In Cosmology: The Creation of the Universe

In Biology: How the Basic Processes of Life Are Carried Out by DNA and Proteins

In Neuroscience: Free Will

Other Important Scientific Problems:

In Astrophysics: The Source of Gamma Ray Bursts

In Theoretical Cosmology and Particle Physics: The Cosmological Constant Problem (A caller on the August 28 Science Friday broadcast asked a question about this important issue)

Update: Recent observations indicate that the Universe is accelerating and therefore a non-zero cosmological is likely. This increases the importance of the cosmological constant problem. However, theorists have invented a new solution call quintessence.

In Particle Physics and Astrophysics: The Solar Neutrino Problem

Update: This problem is most likely solved. There is strong evidence that neutrinos have mass and that electron neutrinos emitted in the core of the Sun transform into other neutrinos via oscillations on their way to the Earth.

In Solid State Physics: The Mechanism Behind High-Temperature Superconductors

In Biology: Protein Folding

In Neuroscience: Consciousness (Floyd Bluhm, the editor of Science magazine, raised this important issue in the August 28 Science Friday broadcast)

In Paleontology: How Present-Day Microbiological Information Can Be Used to Reconstruct "The Ancient Tree of Life"

In Geology: The Dynamics of the Inner Earth

In Geology: Earthquake Predicting

In Chemistry: How Microscopic Atomic Forces Produce Various Macroscopic Behaviors

In Chemistry: The Fabrication and Manipulation of Carbon-Based Structures (Fullerenes)

If you have a suggestion for this list of great unsolved problems in science, please e-mail it to [email protected]


This report was prepared by the staff of Jupiter Scientific, an organization devoted to the promotion of science through books, the internet and other means of communication.

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Q: Why does the entropy of the universe always increase, and what is the heat death of the universe?

Fisico: The increase of entropy is just how a scientist talks about the fact that the universe tends to do the most likely thing. For example, if you throw a bucket of dice you’ll find that about a sixth of them will be 1, about a sixth will be 2, and so on. This has the most ways of happening, so it’s the most likely outcome, and for the same reason it’s the outcome with the highest entropy.

High entropy. Arrangements of lots of dice tend, over time, to end up like this.

In contrast, you wouldn’t expect all of the dice to be 4 at the same time, or otherwise assume one particular pattern. That would be a very unlikely and low entropy outcome.

Audrey Hepburn is one of the lower entropy states you’ll find. Or rather, will never find, because it’s so unlikely. You have to sit back and squint a little to see it.

“Entropy” is just a mathematical tool for extending the idea down to atomic interactions, where we don’t have a nice idea like “dice” to work with.

One of the things that increasing entropy does is to spread out heat as much as possible. If you have a hot object next to a cold object, then the heat will spread so that the cooler object heats up, and the hotter object cools down, until the two are at the same temperature. The idea (the math) behind that is the same as the idea behind mixing fluids or sands together. There are more ways for things to be mixed than sorted.

The same thing happens on a much larger scale. The Sun, and every other star, is radiating heat into the universe. But they can’t do it forever. Eventually the heat will have spread out so much that there won’t be warmer objects and cooler objects. Everything will be the same temperature. The same, very cold, temperature. The vast majority of the universe is already screaming cold, so the heat death of the universe is just about burning what fuel there is and mixing the heat so created into the ever-expansive, cold, and unyielding cosmos. Both the burning of fuel (mostly through fusion in stars) and the distribution of heat are processes which increase entropy.

The cold and unyielding cosmos. What’s the stupid point of anything?

Once everything is the same temperature, the universe attains a “steady state”. With no energy differences, there’s no reason for anything to change what it’s doing (all forces can be expressed as an energy imbalance or “potential gradient“). Heat death is the point at which the universe has finally settled down completely (or quasi completely), and nothing interesting ever happens again.

Which is depressing, but it is a fantastically long time away. There are a hell of a lot of other bad things that’ll probably happen first.

The eminent philosophers Flanders and Swann have a more up beat take on the heat death of the universe:

“Heat is work, and work’s a curse,

and all the heat in the universe,

is gonna cool down. ‘Cause it can’t increase,

then there’ll be no more work, and there’ll be perfect peace.


Bringing the Universe to Classrooms and Homes around the World!

Sir Isaac Newton didn't use his telescope to find any new things in the universe but he did use it to radically transform how we view the world we live in and the universe as a whole.

Sir Isaac Newton is often considered as the greatest Astronomer and Mathematician to ever live. There is a lot of validity to this claim. This article looks at his famous reflector telescope and describes some of his discoveries.

A reflector telescope is one that uses a mirror rather than lenses to bend light and magnify images. Reflector telescopes, because they are easier to make and can be made in sizes much larger than refractors, are an invention that changed astronomy and our understanding of the universe. The largest refractor telescope in the world is forty inches in diameter and reflector telescopes dwarf this in comparison. There are currently several reflector type scopes that are over four hundred inches in diameter.

Sir Isaac Newton surrounded by symbols of some of his greatest findings.
Illustration by Jean-Leon Huens, National Geographic Stock.

Why a reflector is better than a refractor

If you are familiar with a prism or a rainbow you can understand why reflectors are superior to refractors. When light passes through the glass the different bands (or colors) pass through at different angles and this causes aberrations or problems in the images. This is called chromatic aberration and it gives us distorted views of what we see through a lens. In the time of Newton glass making and lens making was very primitive and the problems of chromatic aberration were not yet overcome. Today we can make lenses that have almost no chromatic aberration but we can’t make them very large. When a lens gets to be really large it gets very heavy and its own weight will distort the lens and ruin the image.

Newton’s telescope solved these problems. A mirror doesn’t pass light through it. It simply bounces all the light off the surface. There is no chromatic aberration at all. And because you only need to bounce light off the surface you can place the whole mirror on a supporting structure or base which takes a lot of the weight off the mirror. This way you can build much larger mirrors without any distortion.

It is commonly thought that Newton invented the first reflector telescope but it isn’t true. Credit for making the first reflector goes to an Italian Monk, Physicist, and Astronomer named Niccolo Zucchi. He published a book on Optics in the 1650s and it is this book that inspired Sir Isaac Newton to build his own telescope. Zucchi created his first reflector around 1616 while Newton completed his first (and famous) telescope in 1670. But while Zucchi did make some new discoveries with his telescope it didn’t work well and was difficult to make and to use. It was Newton’s telescope that worked really well and that brought the art and science of reflectors into the world of science.

The real genius of Newton’s Telescope

All of that stuff is remarkable but there is something much more important in Newton’s Astronomy and in his telescope. He didn’t after all, discover moons around Jupiter like Galileo did, or plot the return of a comet-like Halley did. But what he did do was tie in Mathematics, Astronomy, and our understanding of the universe using his telescope and his theory of universal gravitation. He proved mathematically that gravitation was a two-way operation and that while the earth pulled on a falling apple so the apple too pulled on the earth. This was clearly seen, calculated Psychology Articles, and confirmed in the motions of heavenly bodies which was refined and made possible by the new science of reflector telescopes which we can credit to Newton.

Sir Isaac and his telescope carried on with the work of Copernicus and Galileo by furthering our understanding of the universe we live in and helping us to realize there are laws that govern the whole of the universe. And this rule holds true for falling apples and for planets revolving around stars.


How Fast Does Light Travel in Water vs. Air? Refraction Experiment

How fast does light travel, and does it travel faster in water or air? The fastest thing in the whole universe is the speed of light in a vacuum (like outer space!), clocking in at a great 2.99 x 10 8 m/s. Light travels in waves, and we call this traveling propagation. Propagation of waves has both a speed and a direction, called the velocity. The velocity of light changes depends on the material it travels through.

Light waves can be changed in a few different ways. Reflection is when the waves bounce off a surface and change direction, like when they hit a mirror or pool of water. Diffraction spreads out light waves an example of this is water vapor in the air diffracting light from the sun to create a rainbow. The third type of light behavior is rifrazione. Refraction is where light waves pass through a material (what scientists call a medium) and change direction. Have you ever stuck your arm beneath the surface of the water in a fountain or swimming pool, and wondered why it looks like it has a sharp bend in it right at the surface? This is because of refraction!

In this project, you will use a laser to measure refraction through different media. Laser is an acronym for &ldquoLight Amplification by Stimulated Emission of Radiation,&rdquo which in simple terms means you are firing beams of light in a straight line.

Problem

How does light refract differently when traveling through different media?

Materials:

  • Sheets of paper
  • Pencil
  • Colored marker
  • Ruler
  • Protractor
  • Calculator
  • Rectangular transparent material at least ¼&rdquo thick. Some examples include:
    • Glass
    • Plexiglass
    • Plastic
    • Gelatin
    • Glass dish filled with water
    • Clear plastic dish filled with water

    Procedure

    1. Fold a clean sheet of paper in half.
    2. Place one of the test materials on the folded sheet of paper so the centerline of the object is on the fold.
    3. Trace the outline of the object onto the paper with the pencil.
    4. Use a colored marker to make a small dot on the edge of the sheet. This is where you will aim the laser. This dot should be on the same side as the fold, at least 1.5 inches from the fold. Why should the place where the laser will be aimed be marked?
    5. Lay the laser down on the table or countertop and adjust the beam so it enters the page at the colored dot you made and hits the object at the centerline fold.

    1. Turn the lights off if it makes it easier to see the laser beam.
    2. Mark the laser beam path in and out of the object with a few dots using the pencil.
    3. Use the protractor to measure the angle of incidence and angle of refraction. Record the data and be sure to include any observations. The angle of incidence (&theta1) is the angular distance from a reference (in this case the centerline fold) at which the laser beam approaches and hits the object. In this case, the medium is air. Il angle of refraction (&theta2) is the angular distance from a reference (in this case, the centerline fold) that light travels through the new medium:

    Results

    Light will have the fastest velocity when it travels through the air. Light will have the slowest velocity when it travels through gelatin.

    Light slows down when passing through different transparent materials. The more it slows down, the more it bends when it hits a medium made of that material. Snell&rsquos Law of Refraction shows the relationship between incidence and refraction angles and the phase velocities of the materials involved. For this experiment, your laser beam traveled through an air phase before hitting the phase of whatever solid you chose. Snell&rsquos law states that the ratio of the sine of the incidence to the refraction angles, &theta, is equal to the ratio of the phase velocities, v.

    Another variation on Snell&rsquos law includes the indice di rifrazione, n. The previously stated Snell&rsquos law is equal to the reciprocal of the ratio of the indices of refraction.

    The index of refraction is a dimensionless number, or a number without any units. Dimensionless numbers are used to be able to compare two different objects on the same parameters. The index of refraction describe how light travels through a medium.

    Dove c is the speed of light in a vacuum (2.99 x 10 8 m/s) and v is the speed of light in the medium you are measuring in m/s.

    Going Further

    Try adding salt or sugar to the water in the container and perform the experiment again. What happens? Is the velocity different when you dissolve solids in the liquid? You can also try measuring other see-through liquids like clear soda or liquid soap. You can also try using different shaped objects like prisms to see how light is refracted differently.

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    Short Answers To Big Questions: What Is Dark Matter?

    Short Answers To Big Questions: What Is Dark Matter?

    "Dark matter is a very big mystery," Barkana says. "We know it's most of the matter in the universe, but we have no idea about its properties."

    Scientists only know about dark matter because they have observed the effect of its gravity. "Other than gravity, we haven't had any clues," he says.

    He began to think about dark matter in the context of the first stars, and did some calculations. His work suggests the hydrogen gas could be cooled by interactions with dark matter particles that are relatively light, as opposed to the heavier mass people have been theorizing.

    "The idea that a detectable radio signal from the cosmic dawn can be connected to the particle properties of dark matter suggests a potentially revolutionary angle for exploring fundamental physics," Lincoln Greenhill of Harvard University wrote in an opinion article for Natura about the new work.

    Everyone agrees that another group working independently needs to confirm the existence of this radio signal from the early universe. "It's very important that this whole result we've got definitely needs to be confirmed, absolutely," says Rogers.

    But if the temperature discrepancy holds up, then the argument over what explains it can really begin in earnest. "It's a really, really interesting result, and a very exciting one as well," says Katie Mack, an astrophysicist at North Carolina State University. "This was not something that was predicted by any of the usual astrophysical models."

    With the exception of the afterglow of the Big Bang itself — the cosmic microwave background — this observation marks the farthest back in time that scientists ever have been able to investigate, says Mack.

    "It's the earliest detection of any kind of astrophysics, ever," she says. "This is a signature of the very first stars in the universe, and the very first black holes in the universe. This is way earlier than anything else."

    The idea that dark matter might play a role makes this even more intriguing. "If that's the case, then we've detected the first non-gravitational interaction between dark matter and anything," says Mack, who says this may turn out to be the first evidence that "dark matter does anything at all other than sit there and gravitate."