Astronómovia nepriamo mapujú temnú hmotu pomocou gravitačného ťahu na iné objekty.
Paul M. Sutter je astrofyzik na Štátna univerzita v Ohiu, hostiteľ Spýtajte sa Spaceman a Vesmírne rádioa autor knihy „Vaše miesto vo vesmíre.„Sutter prispel k tomuto článku Hlasy expertov Space.com: Op-Ed & Insights.
Moderné štúdium celého vesmíru, vedného odboru známeho ako kozmológia, vďačí za svoj súčasný stav mnohým pozoruhodným osobnostiam, ktoré siahajú takmer za storočie špecializovaného, ťažko získaného výskumu.
Niektoré z týchto mien môžu byť známe: Albert Einstein, Edwin Hubble, Vera Rubin atď. Výbor pre Nobelovu cenu nedávno uznal príspevky mena, ktoré možno nepoznáte, Jim Peebles a mu udelil polovicu ceny za fyziku v roku 2019„za príspevky k nášmu pochopeniu vývoja vesmíru a miesta Zeme vo vesmíre.“
Stačí povedať, že kozmológia by nebola dnešným miestom bez úsilia Jima Peeblesa. Je to jedna vec Model Big Bang v jednoduchosti „back-of-aT-shirt“ (napr. „vesmír býval menší a teplejší a teraz to nie je“), ale je to úplne iná vec, ktorá z neho urobí presnú matematickú formuláciu, ktorá dokáže predpovede porovnávať s pozorovanie. Je spravodlivé tvrdiť, že Peebles pomohol zmeniť kozmológiu z „elegantného a všeobecne správneho nápadu“ na „oblasť skutočnej vedy“. Pozrime sa na tri hlavné cesty, v ktorých nás viedli jeho poznatky:
Kozmické mikrovlnné pozadie
Ak bol počiatočný vesmír menší, ako je dnes, potom musel byť teplejší a hustejší. Akonáhle prijmete túto realitu, rýchlo si uvedomíte, že v určitom okamihu v dávnej minulosti vesmír musí byť tak hustá a tak horúca, že existovala v úplne odlišnom stave hmoty.
Pred viac ako 13 miliardami rokov, keď vesmír bol asi milióntina svojho súčasného objemu, boli všetky veci vo vesmíre tak smooshed, že to bola plazma, stav hmoty, v ktorom sú elektróny roztrhané z atómov a voľné na túlajú sa sami. Vtedy bol vesmír dosť intenzívny.
Ale potom to zostarlo, zväčšilo sa a ochladilo. V určitom veku teploty a tlaky klesli pod kritický prah a elektróny sa dokázali viazať na atómy bez toho, aby sa okamžite zrazili. V záblesku sa vesmír stal priehľadným pre žiarenie a toto svetlo - doslova biele - horúce v momente jeho uvoľnenia - pretrváva dodnes, nasiakajúce vesmír.
Ale dnes toto svetlo stratilo veľa pary a ochladzuje sa iba niekoľko stupňov nad absolútnou nulou pevne v mikrovlnnom pásme. Toto “kozmické mikrovlnné pozadie„náhodou objavili dvaja mikrovlnní fyzici v roku 1964, ale nevedeli o nich, že skupina teoretikov vrátane Peeblesov už predpovedala jeho existenciu. Mikrovlnní fyzici získali Nobelovu cenu v roku 1978, ale nikdy nie je neskoro na to, aby Nobelova komisia uznala tiež teoretici.
Temná hmota
V 70. rokoch astronóm Vera Rubin objavili niečo zábavného, čo sa deje s galaxiami: hviezdy v nich príliš obiehali príliš rýchlo. V skutočnosti tak rýchlo, že sa galaxie mali od seba odhodiť pred miliardami rokov. Ale boli tam šťastní ako mušle.
Čo sa dialo? Nerozumeli sme niečo o povahe gravitácie v mierkach tak veľkých ako galaxie? Alebo mal vesmír ďalšiu prísadu, ktorá bola pre nás skrytá až do Rubinových pozorovaní?
Niektorí astronómovia, vrátane samotnej Rubina, si mysleli, že potrebujeme vylepšiť fyzikálne zákony, aby sme veci dostali do poriadku. Ale iní, vrátane Peeblesovcov, prišli na to, že v galaxii je viac, ako sa stretáva s okom. Bol jedným z prvých zástancov toho, čo teraz nazývame „studenou temnou hmotou“ - novou formou hmoty, ktorá neinteraguje so svetlom (a preto nereaguje s ničím iným, iba pomocou gravitácie). Teraz to vieme temná hmota saturuje vesmír a zaplavuje normálnu hmotu aspoň v pomere 5: 1.
Peebles a spolupracovníci sa snažili skúmať, čo by táto nová hypotéza znamenala z hľadiska správania sa galaxií, a poskytli pozorovateľom užitočné testy na zameranie a meranie.
Dnes, aj keď stále úplne nerozumieme temnej hmote - a ešte musíme presne určiť jej presnú identitu - dôkazy prišli z viacerých uhlov, vrátane jemných odtlačkov v samotnom kozmickom mikrovlnnom pozadí, že temná hmota je hlavnou zložkou našej vesmír.
Kozmická štruktúra
Peebles sa však nezastavil najskoršími okamihmi Veľkého tresku alebo tajomnými a neviditeľnými zložkami nášho vesmíru. Peebles boli veľké.
Vidíme vo vesmíre okolo nás rôzne druhy galaxií v najrôznejších vymyslených usporiadaniach. Niektoré galaxie sú zviazané v obrovských zhlukoch, zatiaľ čo iné sú samotné. Niektoré sú obrovské a mohutné a iné sú malé a sotva viditeľné. A keď sa vzdialime od tých najväčších mierok, vidíme obrovské "kozmický web, „najväčší obrazec nájdený v prírode, štruktúra, ktorá siaha od jedného konca viditeľného vesmíru k druhému.
Vesmírna sieť je vyrobená z galaxií, a ako už názov napovedá, vyzerá ako kozmická pavučina.
Ako to urobil že diať?
Peebles a jeho priatelia viedli cestu k vysvetleniu pôvodu kozmického webu a zistili, že štruktúry v našom vesmíre rastú pomaly v priebehu času a pri každom prechádzajúcom veku sa budujú od menších bitov k väčším bitom.
Zistili, ako hľadať náznaky semien štruktúry v kozmickom mikrovlnnom pozadí, viditeľné ako malé zmeny teploty, ktoré nie sú väčšie ako 1 diel zo 100 000. Tieto variácie boli umiestnením prvých skupín o niečo vyššej ako priemernej hustoty, kde v priebehu miliónov rokov tečie viac hmoty (najmä temnej hmoty!).
Nakoniec by sa tieto malé kúsky stali rastúcimi galaxiami a niektoré galaxie sa spojili, aby vytvorili zhluky galaxií. A keďže všetko, čo sa používalo na stavbu týchto veľkých štruktúr, muselo pochádzať odniekiaľ, rozprestierali sa a rozširovali sa obrovské prázdne oblasti. Stali sa medzerami vo vesmíre, známym ako prázdne miesta.
V priebehu desaťročí písal Jim Peebles stovky dokumentov a spolupracoval so stovkami astronómov, astrofyzikov, fyzikov a kozmológov a bol kritickým hráčom v maľovaní portrétov vesmíru, ktorému teraz rozumieme.
- Nobelova cena za fyziku: 1901 - súčasnosť
- Temná hmota a temná energia: vysvetlenie záhad (Infographic)
- 11 nezodpovedaných otázok o Dark Matter
Môžete si vypočuť podcast Ask A Spaceman oniTunesa na webe na adrese http://www.askaspaceman.com, Svoju vlastnú otázku položte na Twitteri pomocou #AskASpaceman alebo sledovaním Paula @PaulMattSutter a facebook.com/PaulMattSutter, sledujte nás na Twitteri @Spacedotcom alebo Facebook.
