Astronomi tumšo vielu kartē netieši, izmantojot tās gravitācijas vilkmi uz citiem objektiem.
Pols M. Sutters ir astrofiziķis plkst Ohaio štata universitāte, Jautājiet kosmosa darbiniekam un Kosmosa radio, un "Tava vieta Visumā."Sutters sniedza ieguldījumu šajā rakstā Space.com ekspertu balsis: op-ed un ieskats.
Mūsdienu pētījums par visu Visumu, zinātnes nozari, kas pazīstams kā kosmoloģija, ir parādā savu pašreizējo statusu daudzām ievērojamām figūrām, kas meklējamas gandrīz gadsimtā veltītā, grūti uzvarētā pētījumā.
Daži no šiem nosaukumiem varētu būt pazīstami: Alberts Einšteins, Edvīns Habls, Vera Rubina uc Bet nesen Nobela prēmijas komiteja atzina vārda, kuru jūs, iespējams, neatzīsit, Džima Peebles un viņam piešķīra pusi no 2019. gada fizikas balvas, "par ieguldījumu mūsu izpratnē par Visuma evolūciju un Zemes vietu kosmosā".
Pietiek teikt, ka kosmoloģija nebūtu Jim Peebles centienu vietā, kur tā atrodas šodien. Tā ir viena lieta norādīt Big Bang modelis krekls aizmugurē ir vienkāršāks (piem., "Visums agrāk bija mazāks un karstāks, bet tagad tā nav"), taču ir pavisam cita lieta, pārvēršot to precīzā matemātiskā formulējumā, kas spēj dot prognozes, lai salīdzinātu ar novērojumi. Tas ir godīgi teikt, ka Peebles palīdzēja pārveidot kosmoloģiju no "glītas un kopumā pareizas idejas" uz "reālas zinātnes jomu". Izpētīsim trīs galvenās iespējas, kur viņa ieskats mūs vadīja:
Kosmiskais mikroviļņu fons
Ja agrīnais Visums bija mazāks nekā tas ir šodien, tad tam arī jābūt karstākam un blīvākam. Un, pieņemot šo realitāti, jūs ātri saprotat, ka kādā tālā pagātnē Visums jābūt tik blīvam un karstam, ka tas pastāvēja pavisam citā matērijas stāvoklī.
Pirms vairāk nekā 13 miljardiem gadu, kad Visums bija apmēram viena miljonā tā mūsdienu tilpuma, visi kosmosā esošie sīkumi bija tik izlīdzināti, ka tā bija plazma - matērijas stāvoklis, kurā elektroni tiek plosīti no atomiem un brīvi. klīst paši. Toreiz Visums bija diezgan intensīvs.
Bet tad tas novecojās, kļuva lielāks un kļuva aukstāks. Un noteiktā vecumā temperatūra un spiediens nokrita zem kritiskā sliekšņa, un elektroni spēja piestiprināties atomiem, nekavējoties nenobrāzdamies. Zibspuldzē Visums kļuva caurspīdīgs pret starojumu, un šī gaisma - burtiski baltā karstumā tās izlaišanas brīdī - saglabājas līdz mūsdienām, mērcējot kosmosu.
Bet šodien šī gaisma ir zaudējusi daudz tvaika un atdziest tikai dažus grādus virs absolūtās nulles, stingri mikroviļņu joslā. Šis "kosmiskais mikroviļņu fons"to nejauši atklāja mikroviļņu fiziķu pāris 1964. gadā, bet, viņiem nezinādams, teorētiķu grupa, ieskaitot Peebles, jau bija paredzējusi tā pastāvēšanu. Mikroviļņu fiziķi uzvarēja Nobelā 1978. gadā, taču nekad nav par vēlu, lai Nobela komiteja atzītu arī teorētiķi.
Tumšā matērija
70. gados astronoms Vera Rubina atklāja kaut ko smieklīgu, kas notiek ar galaktikām: tajās esošās zvaigznes pārāk ātri riņķoja apkārt. Faktiski tik ātri, ka galaktikām vajadzēja sevi atdalīt miljardiem gadu atpakaļ. Bet tur viņi bija priecīgi kā gliemenes.
Kas notiek? Vai mēs kaut ko nesapratām par gravitācijas dabu tik svarīgos mērogos kā galaktikas? Vai arī Visumam bija kāda papildu sastāvdaļa, kas mums bija paslēpta līdz Rubina novērojumiem?
Daži astronomi, ieskaitot pašu Rubinu, uzskatīja, ka mums ir jāpielāgo fizikas likumi, lai viss būtu kārtībā. Bet citi, ieskaitot Peebles, saprata, ka galaktika ir kas vairāk par aci redzošs. Viņš bija viens no agrākajiem atbalstītājiem tam, ko mēs tagad saucam par “auksto tumšo matēriju” - jaunu matērijas veidu, kas nedarbojas mijiedarbībā ar gaismu (un līdz ar to nav mijiedarbojas ar neko citu, izņemot caur gravitācijas spēku). Mēs to tagad zinām tumšā matērija piesātina Visumu, pārņemot normālo matēriju vismaz ar attiecību 5: 1.
Peebles un līdzstrādnieki veica izpēti, ko šī jaunā hipotēze nozīmētu attiecībā uz galaktiku izturēšanos, un sniedza novērotājiem noderīgus testus mērķa noteikšanai un mērīšanai.
Mūsdienās, kamēr mēs joprojām pilnībā nesaprotam tumšo matēriju - un mums vēl nav precīzi jānosaka tās identitāte -, pierādījumi ir iegūti no dažādiem rakursiem, ieskaitot smalkus nospiedumus pašā kosmiskajā mikroviļņu fona, ka tumšā matērija ir galvenā sastāvdaļa mūsu Visums.
Kosmiskā struktūra
Bet Peebles neapstājās ar agrākajiem Lielā sprādziena mirkļiem vai mūsu Visuma noslēpumainajiem un neredzamiem komponentiem. Peebles gāja liels - veidā liels.
Apkārt visumā mēs redzam visdažādākā veida galaktikas visdažādākajās izdomātajās kārtās. Dažas galaktikas ir savienotas kopā milzu kopās, bet citas ir vientuļas. Daži no tiem ir milzīgi un drūmi, bet citi ir mazi un tik tikko pamanāmi. Un, attālinot līdz vislielākajiem mērogiem, mēs redzam plašu "kosmiskais tīmeklis, "lielākais dabā atrodams raksts, struktūra, kas stiepjas no viena redzamā Visuma gala uz otru.
Kosmiskais tīmeklis ir veidots no galaktikām, un, kā norāda nosaukums, tas izskatās kā kosmisks zirnekļa tīkls.
Kā ka notiek?
Peebles un viņa draugi parādīja ceļu uz kosmiskā tīkla izcelšanos, secinot, ka struktūras mūsu Visumā laika gaitā lēnām aug, veidojoties no mazākiem bitiem uz lielākiem bitiem ar katru eonu.
Viņi atrada, kā kosmiskās mikroviļņu fona apstākļos meklēt uz mājām struktūras sēklas, kas redzamas kā nelielas temperatūras svārstības, kas nav lielākas par 1 daļu no 100 000. Šīs variācijas bija to pirmo baseinu atrašanās vietas, kuru blīvums ir nedaudz lielāks par vidējo un kur miljoniem gadu laikā plūst vairāk matēriju (īpaši tumšo vielu!).
Galu galā šie mazie tīrradņi pārtaps par galaktikām, un dažas galaktikas apvienojās, veidojot galaktiku kopas. Un tā kā visam, kas tika izmantots šo lielo konstrukciju celtniecībai, vajadzēja būt no kaut kurienes, plašie tukšie reģioni tika atvērti un paplašināti. Tās kļuva par nepilnībām kosmiskajā tīmeklī, ko sauc par tukšumiem.
Gadu desmitos Džims Peebless ir uzrakstījis simtiem rakstu un sadarbojies ar simtiem astronomu, astrofiziķu, fiziķu un kosmologu, un viņš bija kritisks spēlētājs Visuma portreta gleznošanā, kuru mēs tagad saprotam.
- Nobela prēmija fizikā: 1901. gads
- Tumša matērija un tumša enerģija: skaidrojums ar noslēpumu (infografika)
- 11 neatbildēti jautājumi par tumšo lietu
Jūs varat noklausīties apraidi Ask A SpacemaniTunesun tīmeklī plkst http://www.askaspaceman.com. Uzdodiet savu jautājumu čivināt, izmantojot #AskASpaceman vai sekojot Pāvilam @PaulMattSutter un facebook.com/PaulMattSutter. Sekojiet mums Twitter @Spacedotcom vai Facebook.
