Meie universum on uskumatult lai, enamasti salapärane ja üldiselt segane. Meid ümbritsevad segavad küsimused nii suurtel kui ka väikestel skaaladel. Meil on kindlasti mõned vastused, näiteks osakestefüüsika standardmudel, mis aitavad meil (vähemalt füüsikutel) mõista fundamentaalseid subatomaatilisi vastasmõjusid, ja Suure Paugu teooria universumi alguse kohta, mis koob kokku mineviku kosmilise loo 13,8 miljardit aastat.
Kuid vaatamata nende mudelite õnnestumistele on meil veel palju tööd teha. Näiteks, mis maailmas on tume energia, mille nime anname universumi täheldatud kiirenenud laienemise edasiviiv jõud? Ja mis skaala teises otsas on, mis täpselt on neutriinod, need kummituslikult väikesed osakesed, mis tõmbuvad kokku ja suumivad läbi kosmose ilma, et vaevalt millegagi suhelda võiksid?
Esmapilgul tunduvad need kaks küsimust nii radikaalselt erineva ulatuse ja olemuse kui ka kõige selle kohta, mida me võime eeldada, et peame neile vastama.
Kuid võib olla, et üks katse võib vastused leida mõlemale. Euroopa Kosmoseagentuuri teleskoop on mõeldud tumeda universumi kaardistamiseks - vaadates juba ajas tagasi, umbes 10 miljardit aastat, mil arvatakse, et tume energia on märatsemas. Kaevame sisse.
Minge suureks ja minge koju
Sisse kaevamiseks peame üles otsima. Tee üles. Kaalude puhul, mis on palju suuremad kui galaktikad (siin räägime miljardeid valgusaastaid, inimesed), kus meie universum sarnaneb laiale, hõõguvale ämblikuvõrgule. Välja arvatud see, et see ämblikuvõrk pole valmistatud siidist, vaid galaktikatest. Pikad, õhukesed galaktikate kõõlused, mis ühendavad tihedaid, kobaraid sõlmi. Need sõlmed on klastrid, askeldavad galaktikate linnad ja kuum, rikas gaas - tohutud laiad müürid tuhandete galaktikate vahel. Ja nende struktuuride vahel, mis võtavad suurema osa universumi ruumalast, on suured kosmilised tühjad, taevased kõrbed, mis on täidetud üldse mitte millegagi.
Seda nimetatakse kosmiliseks veebiks ja see on universumi suurim asi.
Seda kosmilist veebi konstrueeris miljardite aastate jooksul aeglaselt looduse kõige nõrgem jõud: gravitatsioon. Tagasiteel, kui universum oli väikseim murdosa praegusest suurusest, oli see peaaegu ideaalselt ühtlane. Kuid siin on oluline "peaaegu": tihedus varieerus väikeste punktide vahel vähe, mõned universumi nurgad olid keskmisest pisut ülerahvastatumad ja teised pisut vähem.
Aja jooksul saab gravitatsioon teha hämmastavaid asju. Meie kosmilise veebi puhul oli neil keskmisest pisut kõrgematel tihedatel piirkondadel pisut tugevam gravitatsioon, mis meelitas nende ümbrust, mis muutis need klombid veelgi ligitõmbavamaks, mis meelitas rohkem naabreid jne ja nii edasi.
Jätkake seda protsessi miljard aastat edasi ja olete oma kosmilise veebi kasvatanud.
Universaalne retsept
See on üldpilt: kosmilise veebi tegemiseks on vaja mõnda "kraami" ja gravitatsiooni. Kuid seal, kus see tõeliselt huvitavaks muutub, on üksikasjad, eriti kraami üksikasjad.
Eri tüüpi ained klammerduvad ja moodustavad struktuure erinevalt. Mõned ained võivad end sassi ajada või peavad enne liigsust eemaldama liigse kuumuse, samas kui teised võivad hõlpsasti lähimasse parteisse astuda. Teatud tüüpi ained liiguvad piisavalt aeglaselt, et gravitatsioon saaks oma tööd tõhusalt teha, samas kui muud tüüpi ained on nii lendlevad ja krapsakad, et gravitatsioon suudab sellele vaevu oma käed külge saada.
Lühidalt, kui muudate universumi koostisosi, saate teistsuguse väljanägemisega kosmilisi võrke. Ühes stsenaariumis võib olla rohkem rikkaid klastrid ja vähem tühje tühje, võrreldes teise stsenaariumiga, kus tühimikud domineerivad täielikult kosmose ajaloo alguses ja klastrid ei moodusta üldse.
Üks eriti intrigeeriv koostisosa on eelnimetatud kummituslik osake neutriino. Kuna neutriino on nii kerge, liigub see peaaegu valguse kiirusel. Selle eesmärk on universumi struktuuride "silumine": gravitatsioon lihtsalt ei suuda oma tööd teha ja neutrinoid kompaktsetesse väikestesse pallikestesse tõmmata. Niisiis, kui lisada universumile liiga palju neutriine, ei jõua sellised asjad nagu terved galaktikad varajases universumis moodustuda.
Pisikesed probleemid, suured lahendused
See tähendab, et saame kasutada kosmilist veebi ise füüsika hiiglasliku laboratooriumina, et uurida neutrinoid. Uurides veebi struktuuri ja jaotades selle erinevateks osadeks (kobarad, tühimikud ja nii edasi), saame neutrinodel üllatavalt otsese käepideme.
Seal on ainult üks nigela probleem: neutriinod pole ainus koostisosa universumis. Üks peamine segav faktor on tumeda energia olemasolu, salapärane jõud, mis meie universumi laiali rebib. Ja nagu võisite arvata, mõjutab see kosmilist veebi suurel määral. Lõppude lõpuks on kiiresti laienevas universumis suuri struktuure raske ehitada. Ja kui vaadata ainult ühte kosmilise veebi osa (näiteks näiteks galaktikaparved), siis ei pruugi teil olla piisavalt teavet, et öelda vahet neutriino- ja tumedate energiamõjude vahel - mõlemad takistavad " värk. "
Värskes veebiväljaandes eeltrükiajakirjas arXiv avaldasid astronoomid, kuidas tulevased galaktikauuringud, nagu näiteks Euroopa Kosmoseagentuuri Euclid missioon, aitavad avastada nii neutriino kui ka tumeda energia omadusi. Eukleidi satelliit kaardistab miljonite galaktikate asukohad, maalides kosmilise veebi väga laia portree. Ja selles struktuuris asuvad vihjed meie universumi ajaloole, minevikule, mis sõltub selle koostisosadest, nagu neutriinod ja tume energia.
Vaadeldes kombinatsiooni universumi kõige tihedamatest, hõredamatest kohtadest (galaktikaparved) ja kosmoses asuvatest tühimatest tühjematest kohtadest (tühimikud), võime saada vastuseid tumeda olemuse olemuse kohta (mis kuulutab ajastu uhiuueid füüsikaalaseid teadmisi) ja neutriinode olemust (mis teevad täpselt sama asja). Võiksime teada saada näiteks, et tume energia halveneb või läheb paremaks või on võib-olla lihtsalt sama. Ja me võiksime teada saada, kui massiivsed neutriinod on või kui palju neist hõljub ümber universumi. Kuid ükskõik mida, on raske öelda, mida me saame, kuni me tegelikult vaatame.
Paul M. Sutter on astrofüüsik juures Ohio Riiklik Ülikool, host Küsi kosmosemehelt ja Kosmoseraadio, ja artikli autor Sinu koht universumis.
