Don Lincoln on vanemteadur USA energeetikaosakonna Fermilabist, mis on riigi suurim uurimisasutus Large Hadron Collider. Ta kirjutab ka teadusest avalikkusele, sealhulgas oma hiljutisest "Suur hadronite põrkaja: Higgsi bosoni erakorraline lugu ja muud asjad, mis teie meelt löövad"(Johns Hopkins University Press, 2014). Võite teda jälgidaFacebook. Lincoln esitas selle artikli Live Science'sEksperthääled: Op-Ed ja teadmised.
Nii kaua kui oleme arvestust pidanud, on inimkond imetlenud öist taevast. Oleme vaadanud taevasid, et teha kindlaks jumalate tahe ja imestada selle kõige tähenduse üle. Ainuüksi 5000 tähte, mida võime palja silmaga näha, on inimkonna kaaslased olnud aastatuhandeid.
Kaasaegsed astronoomilised rajatised on meile näidanud, et universum ei koosne ainult tuhandetest tähtedest - see koosneb sadadest miljarditest tähtedest ainuüksi meie galaktikas koos triljonitega galaktikatega. Vaatluskeskused on meile õpetanud universumi sündi ja arengut. Ja 3. augustil tegi uus rajatis oma esimese sisulise teadaande ja lisas meie arusaama kosmosest. See võimaldab meil näha kättesaamatut ja näitas, et mateeria jaotus universumis erines pisut ootustest.
Dark Energy Survey (DES) on umbes 400 teadlase koostöö, kes on asunud viieaastasele missioonile kaugete galaktikate uurimiseks, et vastata küsimustele universumi ajaloo kohta. See kasutab Tumeenergia kaamerat (DEC), mis on kinnitatud Victor M. Blanco 4-meetrise teleskoobi juurde Tšiili Andides Cerro Tololo-nimelises Ameerika vaatluskeskuses. DEC on kokku pandud USA-s Fermilabis, Batavia lähedal, Illinoisis, ja see on 570-megapiksline kaamera, mis suudab galaktikaid kuvada nii kaugel, et nende valgus on miljont sama hele kui tuhmimad nähtavad tähed.
Tume energia ja tume aine
DES jahib tumedat energiat, mis on universumis väljapakutud energiaväli, mis on raskusjõu tõrjuv vorm. Kuigi gravitatsioon avaldab vastupandamatut külgetõmmet, surub tume energia universumit üha suureneva kiirusega laienema. Selle mõju täheldati esmakordselt 1998. aastal ja selle olemuse kohta on meil veel palju küsimusi.
Mõõtes 300 miljoni galaktika asukohta ja kaugust lõunapoolsetes öötaevas, saab uuring anda olulisi avaldusi teise astronoomilise müsteeriumi kohta, mida nimetatakse tumeaineks. Arvatakse, et tume mateeria on universumis viis korda rohkem levinud kui tavaline mateeria. Kuid see ei interakteeru valguse, raadiolainete ega ühegi elektromagnetilise energiaga. Ja ei näi koonduvat, moodustades suuri kehasid nagu planeedid ja tähed.
Tumedat ainet (siit ka nimi) otse näha pole. Selle mõjusid saab aga kaudselt näha, analüüsides, kui kiiresti galaktikad pöörlevad. Kui arvutate galaktikate nähtava massi poolt toetatud pöörlemiskiirused, saate teada, et need pöörlevad kiiremini kui peaks. Kõigi õiguste kohaselt tuleks need galaktikad lõhestada. Pärast aastakümneid kestnud uurimistööd on astronoomid jõudnud järeldusele, et iga galaktika sisaldab tumeainet, mis loob täiendava gravitatsiooni, mis hoiab galaktikaid koos.
Tume aine universumis
Kuid universumi palju suuremas mastaabis ei ole üksikute galaktikate uurimine piisav. Vaja on teist lähenemisviisi. Selleks peavad astronoomid kasutama tehnikat, mida nimetatakse gravitatsiooniläätsedeks.
Gravitatsioonilist läätse ennustas 1916. aastal Albert Einstein ja seda jälgis esmakordselt Sir Arthur Eddington 1919. Einsteini üldrelatiivsusteooria ütleb, et raskusjõud, mida me kogeme, on tõesti põhjustatud ruumi-aja kumerusest. Kuna valgus liigub läbi ruumi sirgjooneliselt, kui ruumi-aeg on kõver, näib see vaatlejale justkui valgus liigutaks kõverat teed läbi ruumi.
Seda nähtust saab kasutada tumeda aine hulga ja jaotuse uurimiseks universumis. Teadlased, kes on seotud kauge galaktikaga (nn läätsegalaktikaks), millel on veel üks galaktika selle taga veelgi kaugemal (nn vaadeldav galaktika), näevad vaadeldava galaktika moonutatud pilti. Moonutus on seotud läätsega galaktika massiga. Kuna läätsega galaktika mass on nähtava ja tumeaine kombinatsioon, võimaldab gravitatsiooniline lääts teadlastel otseselt jälgida tumeaine olemasolu ja jaotumist sama suurtel skaaladel kui universum ise. See meetod töötab ka siis, kui suur esiplaan galaktikate klaster moonutab veelgi kaugemate galaktikate klastrite pilte, mida kasutatakse selle mõõtmise jaoks.
Pontsakas või mitte?
DES-i koostöö andis hiljuti välja analüüsi, milles kasutati täpselt seda tehnikat. Meeskond vaatas 26 miljonist galaktikast koosnevat proovi Maast nelja erineval kaugusel. Lähemal asuvad galaktikad läätsesid kaugematest. Seda tehnikat kasutades ja hoolikalt kõigi galaktikate piltide moonutusi vaadeldes suutsid nad kaardistada nähtamatu tumeaine jaotuse ja selle liikumise ja kobestamise viimase 7 miljardi aasta jooksul ehk poole elueaga. universum.
Nagu arvati, leidsid nad, et universumi tume aine oli "pontsakas". Siiski oli üllatus - see oli pisut vähem pontsakas, kui eelnevad mõõtmised olid ennustanud.
Üks neist vastuolulistest mõõtmistest pärineb allesjäänud raadiosignaalist kõige varem pärast Suurt Pauku, seda nimetatakse kosmiliseks mikrolaine taustaks (CMB). CMB sisaldab selles energia jaotust kosmoses, kui see oli 380 000 aastat vana. 1998. aastal teatas Cosmic Background Exploreri (COBE) koostöö, et CMB ei olnud ideaalselt ühtlane, vaid pigem olid kuumad ja külmad kohad, mis erinesid ühtsest 1 osaga 100 000-st. Wilkinsoni mikrolaine anisotroopiasond (WMAP) ja Plancki satelliidid kinnitasid ja täpsustasid COBE mõõtmisi.
7 miljardi aasta jooksul, mis kulges CMB emissiooni ja DES-i uuritud ajavahemiku vahel, külvasid universumi kuumemad piirkonnad kosmose struktuuri. CMB-s hõivatud ebaühtlane energiajaotus koos võimendava raskusjõuga põhjustas mõnede laigude universumis tihedamaks muutumise ja teiste vähem. Tulemuseks on universum, mida me enda ümber näeme.
KMA ennustab tumeda aine jaotumist lihtsal põhjusel: aine jaotus meie universumis olevikus sõltub selle jaotusest minevikus. Lõppude lõpuks, kui minevikus oli mõni klomb, meelitaks see aine läheduses asuvat ainet ja klomp kasvaks. Samuti, kui peaksime projitseerima kaugesse tulevikku, mõjutaks tänapäeva jaotus samal põhjusel ka homseid.
Nii on teadlased kasutanud KMA mõõtmisi 380 000 aasta möödumisel Suurest Paugust, et arvutada, milline peaks universum välja nägema 7 miljardit aastat hiljem. Kui nad võrdlesid prognoose DES-ist saadud mõõtmistega, leidsid nad, et DES-mõõtmised olid prognoosidest pisut vähem pontsakad.
Mittetäielik pilt
Kas see on suur asi? Võib olla. Kahe mõõtmise ebakindlus või viga on piisavalt suur, mis tähendab, et nad ei nõustu statistiliselt olulisel viisil. See tähendab lihtsalt seda, et keegi ei saa olla kindel, et need kaks mõõtmist tõesti erinevad. Võib juhtuda, et lahknevused tekivad juhuslikult andmete statistiliste kõikumiste või väikeste instrumentaalsete efektide tõttu, mida ei võetud arvesse.
Isegi uuringu autorid soovitavad siin olla ettevaatlikud. DES-mõõtmisi pole veel eelretsenseeritud. Paberid esitati avaldamiseks ja tulemusi tutvustati konverentsidel, kuid kindlad järeldused peaksid ootama, kuni kohtunike ettekanded tulevad.
Mis on tulevik? DES-il on viieaastane missioon, millest on salvestatud neli aastat andmeid. Hiljuti avaldatud tulemus kasutab ainult esimese aasta andmeid. Uuemaid andmeid analüüsitakse endiselt. Lisaks hõlmab kogu andmekogum 5000 ruutkraadi taevast, hiljutine tulemus katab aga ainult 1500 ruutkraadi ja eakaaslased ainult poole tagasiteest ajas. Seega pole lugu ilmselgelt täielik. Täieliku andmekogumi analüüsi ei oodata enne ehk 2020. aastat.
Kuid juba täna võetud andmed võivad tähendada, et meie arusaamas universumi arengust on võimalik pinge. Ja isegi kui see pinge kaob, kui rohkem andmeid analüüsitakse, jätkub DES-i koostöö teiste mõõtmiste tegemiseks. Pidage meeles, et tähed "DE" tähistavad nimes tumedat energiat. See grupp saab lõpuks meile öelda midagi tumeda energia käitumise kohta minevikus ja selle kohta, mida võime oodata tulevikus. See hiljutine mõõtmine on alles algus teaduslikult põnevale ajale.
Artikli see versioon avaldati algselt lehel Live Science.
