Dons Linkolns ir vecākais zinātnieks ASV Enerģētikas departamenta Fermilabā, kas ir lielākā valsts Hadron Collider pētniecības iestāde. Viņš arī raksta par zinātni sabiedrībai, ieskaitot savu neseno "Lielais hadronu sadursme: Higsa Bosona ārkārtas stāsts un citas lietas, kas ienesīs tavu prātu"(Johns Hopkins University Press, 2014). Jūs varat viņam sekotFacebook. Linkolns pievienoja šo rakstu Live Science'sEkspertu balsis: op-ed un atziņas.
Tik ilgi, kamēr mēs esam veikuši pierakstus, cilvēce brīnījās par nakts debesīm. Mēs esam lūkojušies debesīs, lai noteiktu dievu gribu un brīnītos par visa tā nozīmi. Tikai 5000 zvaigžņu, kuras mēs varam redzēt ar neapbruņotu aci, ir cilvēces pavadoņi gadu tūkstošiem ilgi.
Mūsdienu astronomiskās iespējas mums ir parādījušas, ka Visums nesastāv tikai no tūkstošiem zvaigžņu - tas sastāv no simtiem miljardu zvaigžņu tikai mūsu galaktikā ar triljoniem galaktiku. Observatorijas mums ir mācījušas par Visuma dzimšanu un attīstību. Un 3. augustā jauna iekārta nāca klajā ar pirmo būtisko paziņojumu un papildināja mūsu izpratni par kosmosu. Tas ļauj mums redzēt nepieskatāmo, un tas parādīja, ka matērijas sadalījums Visumā nedaudz atšķiras no cerībām.
Dark Energy Survey (DES) ir aptuveni 400 zinātnieku sadarbība, kuri ir uzsākuši piecu gadu misiju, lai izpētītu tālas galaktikas, lai atbildētu uz jautājumiem par Visuma vēsturi. Tas izmanto tumšās enerģijas kameru (DEC), kas piestiprināta pie Victor M. Blanco 4 metru teleskopa Cerro Tololo Amerikas Amerikas observatorijā Čīles Andos. DEC tika salikts ASV Fermilabā netālu no Batavia, Ilinoisā, un tā ir 570 megapikseļu kamera, kas spēj attēlot galaktikas tik tālu, ka to gaisma ir miljonā tikpat spoža kā viszemākās redzamās zvaigznes.
Tumša enerģija un tumšā matērija
DES meklē tumšo enerģiju, kas ir ierosinātais enerģijas lauks Visumā un ir gravitācijas atgrūdoša forma. Kamēr gravitācija rada neatvairāmu pievilcību, tumšā enerģija spiež Visumu paplašināties ar arvien pieaugošu ātrumu. Tā iedarbība pirmo reizi tika novērota 1998. gadā, un mums joprojām ir daudz jautājumu par tā būtību.
Tomēr, izmērot 300 miljonu galaktiku atrašanās vietu un attālumu dienvidu nakts debesīs, apsekojums spēs sniegt svarīgus paziņojumus par vēl vienu astronomisku noslēpumu, ko sauc par tumšo vielu. Tiek uzskatīts, ka tumšā matērija ir piecas reizes izplatītāka Visumā nekā parastā matērija. Tomēr tas nav mijiedarbīgs ar gaismu, radioviļņiem vai ar jebkāda veida elektromagnētisko enerģiju. Un nešķiet, ka sapulcējas, veidojot lielus ķermeņus, piemēram, planētas un zvaigznes.
Nav iespējams tieši redzēt tumšo vielu (tātad arī nosaukums). Tomēr tā ietekmi var redzēt netieši, analizējot, cik ātri griežas galaktikas. Ja aprēķināsit griešanās ātrumu, ko atbalsta galaktiku redzamā masa, jūs atklāsit, ka tie griežas ātrāk nekā vajadzētu. Pēc visām tiesībām šīs galaktikas būtu jāsadala atsevišķi. Pēc gadu desmitiem ilgas izpētes astronomi secināja, ka katrā galaktikā ir tumšā matērija, kas rada papildu smagumu, kas satur galaktikas kopā.
Tumšā matērija Visumā
Tomēr daudz plašākā Visuma mērogā atsevišķu galaktiku izpēte nav pietiekama. Nepieciešama cita pieeja. Šim nolūkam astronomiem ir jāizmanto tehnika, ko sauc par gravitācijas objektīvu.
Gravitācijas izkliedēšanu 1916. gadā paredzēja Alberts Einšteins, un pirmo reizi to novēroja sers Artūrs Eddingtons 1919. gadā. Einšteina vispārējās relativitātes teorija saka, ka smagumu, ko mēs piedzīvojam, patiešām rada telpas-laika izliekums. Tā kā gaisma pārvietojas pa taisnu līniju caur telpu, ja telpas laiks ir izliekts, tas novērotājam izskatīsies tā, it kā gaisma ceļotu izliektu ceļu caur telpu.
Šo fenomenu var izmantot, lai izpētītu tumšās vielas daudzumu un izplatību Visumā. Zinātnieki, kas vienaudžiem brauc uz attālu galaktiku (sauktu par objektīvu galaktiku), kurai vēl viena galaktika atrodas vēl aiz tās (saukta par novēroto galaktiku), var redzēt novērotās galaktikas izkropļotu attēlu. Izkropļojumi ir saistīti ar objektīva galaktikas masu. Tā kā objektīva galaktikas masa ir redzamās matērijas un tumšās matērijas kombinācija, gravitācijas objektīvs ļauj zinātniekiem tieši novērot tumšās matērijas esamību un izplatību mērogos, kas ir tik lieli kā pats Visums. Šis paņēmiens darbojas arī tad, ja liels priekšplāna galaktiku kopums izkropļo vēl attālāku galaktiku kopu attēlus, kas ir paņēmiens, ko izmanto šim mērījumam.
Vienreizējs vai ne?
Nesen DES sadarbība izlaida analīzi, izmantojot tieši šo paņēmienu. Komanda apskatīja 26 miljonu galaktiku paraugu četros dažādos attālumos no Zemes. Tuvākās galaktikas lēca tās, kas atradās tālāk. Izmantojot šo paņēmienu un uzmanīgi aplūkojot visu galaktiku attēlu kropļojumus, viņi spēja izdalīt neredzamās tumšās vielas izplatību un to, kā tā pārvietojās un salīpusi pēdējos 7 miljardos gadu jeb pusi no mūža ilguma. Visums.
Kā gaidīts, viņi atklāja, ka Visuma tumšā matērija ir "vienreizēja". Tomēr bija pārsteigums - tas bija nedaudz mazāk vienreizīgs, nekā iepriekšējie mērījumi bija paredzējuši.
Viens no šiem pretrunīgajiem mērījumiem nāk no atlikušā radio signāla, kas parādījās agrākajā laikā pēc Lielā sprādziena, ko sauc par kosmisko mikroviļņu fonu (CMB). CMB satur enerģijas sadalījumu kosmosā, kad tas bija 380 000 gadu vecs. 1998. gadā sadarbībā ar kosmisko fona pētnieku (COBE) paziņoja, ka CMB nav pilnīgi vienveidīga, bet drīzāk tajā ir karsti un auksti plankumi, kas atšķīrās no uniformas ar 1 daļu no 100 000. Vilkinsona mikroviļņu anizotropijas zonde (WMAP) un Planks satelīti apstiprināja un uzlaboja COBE mērījumus.
7 miljardu gadu laikā starp CMB emisiju un laiku, ko pētīja DES, šie karstākie Visuma reģioni iesēja kosmosa struktūras veidošanos. CMB uztvertais nevienmērīgais enerģijas sadalījums apvienojumā ar gravitācijas pastiprinošo spēku dažiem Visuma plankumiem kļuva blīvāki, bet citi - mazāk. Rezultāts ir Visums, ko mēs redzam sev apkārt.
CMB paredz tumšās matērijas izplatību vienkārša iemesla dēļ: matērijas izplatība mūsu Visumā tagadnē ir atkarīga no tās sadalījuma pagātnē. Galu galā, ja pagātnē būtu izveidojusies matērijas kopa, šī viela pievilinātu tuvējo matēriju, un tauki augtu. Tāpat, ja mēs projektētu tālā nākotnē, matērijas sadalījums šodien ietekmētu rītdienas tā paša iemesla dēļ.
Tātad, zinātnieki ir izmantojuši CMB mērījumus 380 000 gadu laikā pēc Lielā sprādziena, lai aprēķinātu, kādam visumam vajadzētu izskatīties pēc 7 miljardiem gadu. Salīdzinot prognozes ar DES mērījumiem, viņi atklāja, ka DES mērījumi bija nedaudz mazāk vienreizēji nekā prognozes.
Nepilnīga bilde
Vai tas ir liels darījums? Var būt. Nenoteiktība vai kļūda abos mērījumos ir pietiekami liela, ka tas nozīmē, ka statistiski nozīmīgā veidā tie nepiekrīt. Tas vienkārši nozīmē, ka neviens nevar būt pārliecināts, ka abi mērījumi patiešām neatbilst. Varētu būt, ka neatbilstības nejauši rodas no statistiskām datu svārstībām vai nelieliem instrumentāliem efektiem, kas netika ņemti vērā.
Pat pētījuma autori šeit ieteiktu ievērot piesardzību. DES mērījumi vēl nav salīdzinoši pārskatīti. Referāti tika iesniegti publicēšanai, un rezultāti tika prezentēti konferencēs, taču stingri secinājumi jāgaida, līdz būs ieradušies tiesnešu ziņojumi.
Tātad, kāda ir nākotne? DES ir piecu gadu misija, no kuras ir reģistrēti četru gadu dati. Nesen paziņotajā rezultātā izmantoti tikai pirmā gada dati. Jaunākie dati joprojām tiek analizēti. Turklāt pilns datu kopums aptvers 5000 debesu kvadrātu grādus, savukārt nesenais rezultāts aptver tikai 1500 kvadrāt grādus un vienaudži tikai pusi no laika atpakaļ. Tādējādi stāsts acīmredzami nav pilnīgs. Pilna datu kopuma analīze nebūs gaidāma līdz 2020. gadam.
Tomēr šodien iegūtie dati varētu nozīmēt, ka mūsu izpratnē par Visuma attīstību ir iespējams saspīlējums. Un, pat ja šī spriedze izzūd, analizējot vairāk datu, DES sadarbība turpina veikt citus mērījumus. Atcerieties, ka burti "DE" nosaukumā apzīmē tumšo enerģiju. Šī grupa galu galā varēs mums pastāstīt kaut ko par tumšās enerģijas izturēšanos pagātnē un to, ko mēs varam sagaidīt redzēt nākotnē. Šis nesenais novērtējums ir tikai sākums tam, kas, domājams, būs zinātniski aizraujošs laiks.
Šī raksta versija sākotnēji tika publicēta vietnē Live Science.
