Donas Linkolnas yra vyresnysis mokslininkas JAV Energetikos departamento „Fermilab“ - didžiausioje šalyje „Large Hadron Collider“ tyrimų įstaigoje. Jis taip pat rašo apie mokslą visuomenei, įskaitant naujausius „Didelis hadronų susidūrėjas: nepaprastas Higso Bosono pasakojimas ir kiti dalykai, kurie sujaudins jūsų mintis"(Johns Hopkins University Press, 2014). Galite sekti juoFacebook. Šį straipsnį „Lincoln“ pridėjo prie „Live Science's“Ekspertų balsai: op-ed ir įžvalgos.
Kol mes vedėme įrašus, žmonija stebėjosi naktiniu dangumi. Mes pažvelgėme į dangų, norėdami nustatyti dievų valią ir pasidomėti viso to prasme. Vien 5000 žvaigždžių, kurias galime pamatyti be akies, tūkstantmečius buvo žmonijos kompanionai.
Šiuolaikiniai astronominiai įrenginiai mums parodė, kad visata susideda ne tik iš tūkstančių žvaigždžių - ją sudaro šimtai milijardų žvaigždžių vien mūsų galaktikoje ir trilijonai galaktikų. Observatorijos mus išmokė apie Visatos gimimą ir evoliuciją. O rugpjūčio 3 d. Naujas įrenginys pirmą kartą iš esmės paskelbė ir papildė mūsų supratimą apie kosmosą. Tai leidžia mums pamatyti nepasiekiamą, ir tai parodė, kad materijos pasiskirstymas visatoje šiek tiek skyrėsi nuo lūkesčių.
„Dark Energy Survey“ (DES) yra maždaug 400 mokslininkų, kurie pradėjo penkerių metų misiją tyrinėti tolimas galaktikas, kad atsakytų į klausimus apie visatos istoriją, bendradarbiavimas. Tam naudojama tamsiosios energijos kamera (DEC), pritvirtinta prie Victoro Blanco 4 metrų teleskopo Cerro Tololo Amerikos stebėjimo centre Čilės Anduose. DEC buvo surinktas JAV Fermilab'e netoli Batavia, Ilinojaus valstijoje. Tai yra 570 megapikselių kamera, galinti atvaizduoti galaktikas taip toli, kad jų šviesa yra milijonoji šviesi kaip ir silpniausiai matomos žvaigždės.
Tamsi energija ir tamsi materija
DES medžioja tamsiąją energiją, kuri yra siūlomas energijos laukas Visatoje ir yra atstumianti gravitacijos forma. Nors gravitacija sukelia nenugalimą potraukį, tamsi energija verčia visatą plėstis vis sparčiau. Pirmą kartą jo poveikis buvo pastebėtas 1998 m., Ir mes vis dar turime daug klausimų apie jo pobūdį.
Tačiau išmatavus 300 milijonų galaktikų vietą ir atstumą pietiniame naktiniame danguje, atlikus tyrimą bus galima pateikti svarbius teiginius apie kitą astronominę paslaptį, vadinamą tamsiąja materija. Manoma, kad tamsiosios materijos yra penkis kartus labiau paplitusios visatoje nei paprastosios materijos. Tačiau jis nesąveikauja su šviesa, radijo bangomis ar jokia elektromagnetinės energijos forma. Ir neatrodo, kad susikauptų, sudarydami didelius kūnus, tokius kaip planetos ir žvaigždės.
Neįmanoma tiesiogiai pamatyti tamsiosios materijos (taigi ir pavadinimo). Tačiau jo poveikį galima pamatyti netiesiogiai, analizuojant, kaip greitai sukasi galaktikos. Jei apskaičiuosite sukimosi greitį, kurį palaiko matoma galaktikų masė, pamatysite, kad jie sukasi greičiau nei turėtų. Pagal visas teises šios galaktikos turėtų būti atskirtos. Po dešimtmečius trukusių tyrimų astronomai padarė išvadą, kad kiekvienoje galaktikoje yra tamsiosios medžiagos, kuri sukuria papildomą gravitaciją, sulaikančią galaktikas kartu.
Tamsioji materija visatoje
Tačiau žymiai didesniame visatos mastelyje nepakanka studijuoti atskiras galaktikas. Reikia kito požiūrio. Tam astronomai turi naudoti metodą, vadinamą gravitaciniu lęšiu.
Gravitacinį lęšį 1916 m. Numatė Albertas Einšteinas, o pirmą kartą jį stebėjo seras Arthuras Eddingtonas 1919 m. Einšteino bendrojo reliatyvumo teorija sako, kad sunkumą, kurį mes patiriame, tikrai sukelia erdvės-laiko kreivumas. Kadangi šviesa keliauja per erdvę tiesia linija, jei erdvės ir laiko laikas yra kreivas, jis į stebėtoją žiūrės taip, tarsi šviesa keliautų lenktą kelią per erdvę.
Šis reiškinys gali būti panaudotas tiriant tamsiosios medžiagos kiekį ir pasiskirstymą visatoje. Mokslininkai, bendraminčiai tolimoje galaktikoje (vadinamoje objektyvo galaktikoje), kurios dar viena galaktika yra dar toliau už jos (vadinama stebėta galaktika), gali pamatyti iškreiptą stebimos galaktikos vaizdą. Iškraipymas susijęs su objektyvo galaktikos mase. Kadangi lęšio galaktikos masė yra matomosios ir tamsiosios materijos derinys, gravitacinis lęšis leidžia mokslininkams tiesiogiai stebėti tamsiosios medžiagos egzistavimą ir pasiskirstymą tokiose masteliuose, kokie yra pati Visata. Šis metodas taip pat veikia, kai didelis priešakinių galaktikų klasteris iškraipo dar tolimesnių galaktikų klasterių vaizdus, o tai yra šiam matavimui naudojama technika.
Lumpy ar ne?
Neseniai vykdant DES bendradarbiavimą buvo išleista analizė, naudojant būtent šią techniką. Komanda apžiūrėjo 26 milijonų galaktikų imtį keturiais skirtingais atstumais nuo Žemės. Arčiau esančių galaktikų objektyvai buvo tolimesni. Naudodamiesi šia technika ir atidžiai žiūrėdami į visų galaktikų vaizdų iškraipymus, jie sugebėjo nustatyti nematomos tamsiosios medžiagos pasiskirstymą ir kaip ji judėjo ir sulipo per pastaruosius 7 milijardus metų, arba pusę viso pasaulio gyvenimo laikotarpio. visata.
Kaip ir tikėtasi, jie nustatė, kad tamsiosios Visatos materijos yra „vienkartinės“. Vis dėlto įvyko staigmena - ji buvo šiek tiek mažesnė, nei buvo numatę ankstesni matavimai.
Vienas iš šių prieštaringų matavimų kyla iš likusio radijo signalo, kilusio iš ankstyvojo laiko po Didžiojo sprogimo, vadinamo kosminiu mikrobangų fonu (CMB). CMB jame yra energijos pasiskirstymas kosmose, kai jai buvo 380 000 metų. 1998 m. „Cosmic Background Explorer“ (COBE) bendradarbiavimas paskelbė, kad CMB nebuvo tobulai vienoda, o turėjo karštų ir šaltų vietų, kurios nuo vienodų skyrėsi 1 dalimi iš 100 000. „Wilkinson“ mikrobangų anizotropijos zondas (WMAP) ir „Planck“ palydovai patvirtino ir patikslino COBE matavimus.
Per 7 milijardus metų nuo CMB išmetimo iki DES tirto laikotarpio, šie karštesni Visatos regionai pasėjo į kosmoso struktūros formavimąsi. CMB užfiksuotas nevienalytis energijos pasiskirstymas kartu su stiprinančiąja gravitacijos jėga vienoms visatos dėmėms pasidarė tankesnės, kitoms - mažiau. Rezultatas yra visata, kurią matome aplink mus.
CMB numato tamsiosios medžiagos pasiskirstymą dėl paprastos priežasties: materijos pasiskirstymas mūsų visatoje dabartyje priklauso nuo jos pasiskirstymo praeityje. Galų gale, jei praeityje būtų buvę materijos pulkai, tai pritrauktų netoliese esančią materiją ir jų likučiai išaugtų. Panašiai, jei mes projektuotume į tolimą ateitį, šiandien materijos pasiskirstymas paveiktų rytojaus dieną dėl tos pačios priežasties.
Taigi, mokslininkai panaudojo CMB matavimus praėjus 380 000 metų po Didžiojo sprogimo, kad apskaičiuotų, kaip visata turėtų atrodyti po 7 milijardų metų. Palyginę prognozes su DES matavimais, jie nustatė, kad DES matavimai buvo šiek tiek mažiau vientisi nei prognozės.
Neišsamus paveikslėlis
Ar tai didelis dalykas? Gal būt. Dviejų matavimų neapibrėžtumas arba paklaida yra pakankamai dideli, kad jie reiškia statistiškai reikšmingą nesutikimą. Tai tiesiog reiškia, kad niekas negali būti tikras, kad abu matavimai iš tikrųjų nesutampa. Gali būti, kad neatitikimai atsitiktinai atsiranda dėl statistinių duomenų svyravimų ar nedidelių instrumentinių efektų, į kuriuos nebuvo atsižvelgta.
Net tyrimo autoriai siūlytų būti atsargiems. DES matavimai dar nebuvo recenzuoti. Straipsniai buvo pateikti publikavimui, o rezultatai buvo pristatyti konferencijose, tačiau tvirtų išvadų reikėtų laukti, kol bus pateikti teisėjų pranešimai.
Taigi, kokia yra ateitis? DES vykdo penkerių metų misiją, iš kurios ketverių metų duomenys buvo užfiksuoti. Neseniai paskelbtame rezultate naudojami tik pirmųjų metų duomenys. Vis dar analizuojami naujausi duomenys. Be to, visas duomenų rinkinys apims 5000 kvadratinių laipsnių dangaus, o naujausias rezultatas apims tik 1500 kvadratinių laipsnių ir bendraamžiai tik pusę kelio atgal laiku. Taigi istorija akivaizdžiai nėra išsami. Viso duomenų rinkinio analizės nebus galima laukti galbūt iki 2020 m.
Tačiau šiandien gauti duomenys jau gali reikšti, kad mūsų supratimas apie Visatos evoliuciją gali būti įtampa. Ir net jei ši įtampa išnyks, kai bus analizuojama daugiau duomenų, DES bendradarbiavimas tęsia kitus matavimus. Atminkite, kad pavadinime esančios raidės „DE“ žymi tamsiąją energiją. Ši grupė galų gale galės mums ką nors papasakoti apie tamsiosios energijos elgesį praeityje ir tai, ko galime tikėtis pamatyti ateityje. Šis neseniai atliktas matavimas yra tik pati pradžia to, kas, kaip tikimasi, bus moksliškai patrauklus.
Ši straipsnio versija iš pradžių buvo paskelbta „Live Science“.
