Astronomai tamsiąją medžiagą žymi netiesiogiai, naudodamiesi jos patraukimu į kitus objektus.
Paulius M. Sutteris yra astrofizikas Ohajo valstijos universitetas, šeimininkas Paklauskite erdvėlaivio ir Kosminis radijas, ir „Jūsų vieta Visatoje.„Sutteris prisidėjo prie šio straipsnio „Space.com“ ekspertų balsai: op-ed ir įžvalgos.
Šiuolaikinis visos visatos tyrimas, mokslo šakos žinomas kaip kosmologija, dabartinę būklę lemia daugybė žymių asmenų, grįžusių į beveik šimtmetį trukusių, sunkiai laimėtų tyrimų.
Kai kurie iš šių vardų gali būti pažįstami: Albertas Einšteinas, Edwinas Hablas, Vera Rubin ir kt., Tačiau neseniai Nobelio premijos komitetas pripažino vardo, kurio galbūt neatpažįstate, Jimo Peebleso ir jam skyrė pusę 2019 metų fizikos apdovanojimo, „už indėlį į mūsų supratimą apie Visatos evoliuciją ir Žemės vietą kosmose“.
Pakanka pasakyti, kad be Jimo Peebleso pastangų kosmologija nebūtų ten, kur ji yra šiandien. Tai yra vienas dalykas „Big Bang“ modelis Paprastas marškinėlių paprastumas (pvz., „Visata anksčiau buvo mažesnė ir karštesnė, o dabar ne“), tačiau paversti tai tikslia matematiniu formulavimu, galinčiu sudaryti prognozes palyginti su visuma, yra visiškai kitas dalykas. stebėjimai. Teisinga sakyti, kad Peeblesas padėjo kosmologiją iš „tvarkingos ir apskritai teisingos idėjos“ paversti „realaus mokslo sritimi“. Panagrinėkime tris pagrindines galimybes, kuriomis mus vedė jo įžvalgos:
Kosminis mikrobangų fonas
Jei ankstyvoji visata buvo mažesnė nei ji yra šiandien, tada ji taip pat turėjo būti karštesnė ir tankesnė. Ir priėmęs šią realybę greitai supranti, kad kažkokioje tolimos praeities vietoje visata turėjo būti toks tankus ir toks karštas, kad egzistavo visiškai kitokioje materijos būsenoje.
Prieš daugiau nei 13 milijardų metų, kai Visata buvo maždaug milijonas dabartinės apimties, visi kosmose esantys daiktai buvo taip išlyginti, kad tai buvo plazma, materijos būsena, kurioje elektronai yra atplėšti nuo atomų ir laisvi klaidžioja savarankiškai. Tuomet Visata buvo gana intensyvi.
Bet paskui jis sensta, tapo didesnis ir šaltesnis. O tam tikrame amžiuje temperatūra ir slėgis nukrito žemiau kritinės slenksčio ir elektronai sugebėjo prisitvirtinti prie atomų, tuoj pat nenusitrenkdami. Blyksniu Visata tapo skaidri spinduliuotei ir ta šviesa - pažodžiui baltai karšta jos išleidimo metu - išlieka iki šių dienų, mirkant kosmose.
Tačiau šiandien ta šviesa prarado daug garų ir atvėsta vos keliais laipsniais virš absoliučios nulio, tvirtai mikrobangų juostoje. Tai "kosminis mikrobangų fonas"1964 m. atsitiktinai atrado mikrobangų fizikų pora, tačiau jiems nežinoma grupė teoretikų, įskaitant Peeblesą, jau numatė jo egzistavimą. Mikrobangų fizikai 1978 m. laimėjo Nobelį, tačiau Nobelio komitetui niekada nevėlu pripažinti teoretikai.
Juodoji medžiaga
Aštuntajame dešimtmetyje astronomas Vera Rubin atrado kažką juokingo, vykstančio su galaktikomis: žvaigždės, esančios jų viduje, orbitavo per greitai. Tiesą sakant, taip greitai, kad galaktikos turėjo išsiskirti prieš milijardus metų. Bet ten jie buvo laimingi kaip moliuskai.
Kas įvyko? Ar mes kažko nesupratome apie gravitacijos prigimtį, tokią didelę kaip galaktikos? O gal visatoje buvo papildomas ingredientas, kuris mums buvo paslėptas iki Rubino pastebėjimų?
Kai kurie astronomai, įskaitant patį Rubiną, manė, kad norint viską susitvarkyti, reikia pataisyti fizikos įstatymus. Bet kiti, įskaitant Peeblesą, suprato, kad galaktika yra daugiau, nei akis sutinka. Jis buvo vienas iš ankstyviausių šalininkų to, ką mes dabar vadiname „šalta tamsiąja materija“ - nauja materijos forma, kuri nesąveikauja su šviesa (ir todėl nesikiša į nieką kitą, išskyrus per sunkumą). Dabar mes tai žinome Juodoji medžiaga prisotina Visatą, išsklaidydama normaliąją materiją bent 5: 1.
Peeblesas ir bendradarbiai ėmėsi tyrinėti, ką ši nauja hipotezė reikš apie galaktikų elgesį, ir pateikė naudingų testų stebėtojams, kad jie galėtų nusitaikyti ir išmatuoti.
Šiandien, nors mes vis dar nepakankamai suprantame tamsiąją medžiagą - ir dar neturime tiksliai nustatyti jos tapatybės - įrodymai atsirado iš daugelio aspektų, įskaitant subtilius įspaudus pačiame kosminiame mikrobangų fone, kad tamsiosios medžiagos yra pagrindinė mūsų visata.
Kosminė struktūra
Tačiau Peeblesas nesustojo su ankstyviausiu Didžiojo sprogimo momentais ar paslaptingais ir nematomais mūsų visatos komponentais. Žvirgždas smarkiai išaugo.
Aplink mus esančioje visatoje matome įvairiausių rūšių galaktikas ir įvairiausias išgalvotas tvarkas. Kai kurios galaktikos yra sujungtos milžiniškomis grupėmis, o kitos yra vienišos. Kai kurie yra didžiuliai ir niūrūs, kiti - maži ir vos pastebimi. O kai atitoliname iki pačių didžiausių mastelių, matome didžiulį „kosminis internetas, “didžiausias gamtoje rastas raštas, struktūra, besitęsianti nuo vieno matomos visatos galo iki kito.
Kosminis tinklas yra pagamintas iš galaktikų ir, kaip rodo pavadinimas, atrodo kaip kosminis voratinklis.
Kaip kad atsitiks?
Peeblesas ir jo draugai paskatino paaiškinti kosminio tinklo ištakas ir išsiaiškino, kad mūsų visatoje struktūros bėgant laikui lėtai auga, kaupdamiesi nuo mažesnių bitų iki didesnių bitų su kiekvienu praeinančiu eonu.
Jie atrado, kaip kosminių mikrobangų fone ieškoti užuominų apie sėklos struktūrą, matomus kaip mažus temperatūros pokyčius, ne didesnius kaip 1 dalis iš 100 000. Šios variacijos buvo pirmosios šiek tiek didesnio nei vidutinio tankio baseinų vietos, kur per milijonus metų tekės daugiau materijos (ypač tamsiosios medžiagos!).
Galų gale tie maži grynuoliai išaugs į galaktikas, o kai kurios galaktikos susibūrė į galaktikų grupes. Ir kadangi visa, kas buvo naudojama šioms didelėms konstrukcijoms statyti, turėjo būti iš kažkur atkelta, atsivėrė ir išsiplėtė didžiuliai tušti regionai. Tai tapo kosminio tinklo, vadinamo tuštumais, spragomis.
Per kelis dešimtmečius Jimas Peeblesas parašė šimtus straipsnių ir bendradarbiavo su šimtais astronomų, astrofizikų, fizikų ir kosmologų. Jis buvo kritinis žaidėjas, nutapęs dabar suprantamą visatos portretą.
- Nobelio fizikos premija: 1901 m. - dabartis
- Tamsūs dalykai ir tamsi energija: paslaptis paaiškinta (infografija)
- 11 neatsakytų klausimų apie tamsiąją medžiagą
Galite klausytis transliacijos „Ask A Spaceman“„iTunes“, o internete - http://www.askaspaceman.com. Užduokite savo klausimą „Twitter“, naudodami #AskASpaceman arba sekdami Paulių @PaulMattSutter ir facebook.com/PaulMattSutter. sekite mus Tviteryje @Spacedotcom arba Facebook.
