Náš vesmír je neuveriteľne rozsiahly, väčšinou záhadný a všeobecne mätúci. Sme obklopení mätúcimi otázkami na mierkach veľkých aj malých. Určite máme niekoľko odpovedí, napríklad štandardný model časticovej fyziky, ktorý nám (aspoň fyzikom) pomáha porozumieť základným subatomickým interakciám, a teórii Veľkého tresku o tom, ako začal vesmír, ktorý spája kozmický príbeh v minulosti. 13,8 miliárd rokov.
Ale aj napriek úspechom týchto modelov máme pred sebou ešte veľa práce. Napríklad, čo je na svete temná energia, meno, ktoré dáme hnacej sile za pozorovaným zrýchleným rozširovaním vesmíru? A na opačnom konci stupnice, čo presne sú neutrína, tie strašidelné malé častice, ktoré sa zipsom priblížia a priblížia vesmírom bez toho, aby takmer vôbec nereagovali?
Na prvý pohľad sa tieto dve otázky javia tak radikálne odlišné, pokiaľ ide o rozsah a povahu, a dobre, všetko, čo by sme mohli predpokladať, že na ne musíme odpovedať.
Je však možné, že jediný experiment môže odhaliť odpovede na obidve. Ďalekohľad Európskej vesmírnej agentúry je určený na mapovanie temného vesmíru - keď sa predpokladá, že temná energia zúri, vyzerá to už v čase, asi 10 miliárd rokov. Poďme sa kopať.
Choďte veľký a choďte domov
Aby sme sa mohli vykopať, musíme vyhľadať. Cesta hore. Na mierkach oveľa, oveľa väčších ako galaxie (tu hovoríme o miliardách svetelných rokov, ľudia), kde sa náš vesmír podobá obrovskej žiariacej pavučine. Až na to, že tento pavučina nie je vyrobená z hodvábu, ale z galaxií. Dlhé, tenké úponky galaxií spájajúce husté, nemotorné uzly. Tieto uzly sú zhluky, rušné mestá galaxií a horúce, bohaté plyny - obrovské, široké steny od tisícov po tisíce galaxií. A medzi týmito štruktúrami, ktoré zaberajú väčšinu objemu vo vesmíre, sú veľké kozmické dutiny, nebeské púšte naplnené vôbec ničím.
Hovorí sa tomu kozmický web a je to najväčšia vec vo vesmíre.
Táto kozmická sieť bola v priebehu miliárd rokov pomaly budovaná najslabšou silou v prírode: gravitáciou. Cesta späť, keď bol vesmír najmenší zlomok svojej súčasnej veľkosti, bol takmer úplne jednotný. Ale „takmer“ je tu dôležité: vyskytli sa malé rozdiely v hustote od miesta k bodu, pričom niektoré rohy vesmíru boli o niečo viac zaplnené ako priemer a iné o niečo menej.
Časom môže gravitácia robiť úžasné veci. V prípade nášho kozmického webu mali tieto mierne nadpriemerne husté regióny gravitáciu, ktorá bola o niečo silnejšia, priťahovala k nim svoje okolie, čo zatraktívňovalo tieto zhluky, ktoré priťahovali viac susedov atď. tak ďalej.
Rýchlo napredujte v tomto procese o milión rokov a vy ste si rozrástli svoj vlastný kozmický web.
Univerzálny recept
To je všeobecný obraz: Na vytvorenie kozmického webu potrebujete nejaké „veci“ a potrebujete určitú gravitáciu. Ale tam, kde sa to naozaj stane, sú v detailoch, najmä v detailoch vecí.
Rôzne druhy látok sa zhlukujú a formujú štruktúry odlišne. Niektoré druhy látok sa môžu zamotať do seba alebo je potrebné odstrániť prebytočné teplo skôr, ako sa môžu stuhnúť, zatiaľ čo iné sa môžu ľahko pripojiť k najbližšej strane. Niektoré druhy hmoty sa pohybujú dostatočne pomaly, aby gravitácia mohla účinne vykonávať svoju prácu, zatiaľ čo iné druhy sú také flotily a hbitosti, že gravitácia na ňu môže sotva dostať svoje slabé ruky.
Stručne povedané, ak zmeníte zložky vesmíru, získate rôzne vyzerajúce kozmické weby. V jednom scenári by mohlo byť viac bohatých zhlukov a menej prázdnych dutín v porovnaní s iným scenárom, v ktorom dutiny úplne dominujú na začiatku dejín vesmíru, bez toho, že by sa tvorili žiadne zhluky.
Jednou obzvlášť zaujímavou ingredienciou je neutrino, vyššie uvedená strašidelná častica. Pretože neutrino je také ľahké, cestuje takmer rýchlosťou svetla. Toto má za následok „vyhladenie“ štruktúr vo vesmíre: Gravitácia jednoducho nemôže robiť svoju prácu a vtiahnuť neutrína do kompaktných malých guličiek. Ak teda pridáte do vesmíru priveľa neutrín, veci ako celé galaxie sa nakoniec nevytvoria v ranom vesmíre.
Drobné problémy, veľké riešenia
To znamená, že samotný kozmický web môžeme použiť ako obrovské laboratórium fyziky na štúdium neutrín. Preskúmaním štruktúry webu a jeho rozdelením na rôzne časti (zhluky, dutiny atď.) Môžeme získať prekvapivo priamu rukoväť neutrína.
Je tu len jeden problém so škrtením: Neutrína nie sú jedinou zložkou vo vesmíre. Jedným z hlavných mätúcich faktorov je prítomnosť temnej energie, tajomnej sily, ktorá trhá náš vesmír od seba. A ako ste si možno mysleli, má to zásadný vplyv na kozmický web. Koniec koncov je ťažké stavať veľké štruktúry v rýchlo sa rozvíjajúcom vesmíre. A ak sa pozriete iba na jednu časť kozmického webu (napríklad galaktické zhluky), možno nemáte dostatok informácií na to, aby ste vedeli rozlíšiť medzi neutrínovými efektmi a účinkami temnej energie - ktoré bránia zhlukovaniu „ veci. "
V nedávnom článku uverejnenom online v časopise arXiv, astronómovia vysvetlili, ako nadchádzajúce prieskumy galaxií, ako napríklad misia Euclid Európskej vesmírnej agentúry, pomôžu odhaliť neutrínové aj tmavé energetické vlastnosti. Euklidovský satelit zmapuje polohy miliónov galaxií a vykreslí veľmi široký portrét kozmického webu. A v tejto štruktúre ležia náznaky k histórii nášho vesmíru, minulosti, ktorá závisí od jej zložiek, ako sú neutrína a temná energia.
Ak sa pozrieme na kombináciu najhustejších a najrušnejších miest vo vesmíre (klastre galaxií) a najosamelejších a najintenzívnejších miest vo vesmíre (prázdnoty), môžeme získať odpovede na obidve podstaty temnej energie (ktorá ohlasuje éru). úplne nových poznatkov z fyziky) a povahy neutrín (čo bude robiť to isté). Mohli by sme sa napríklad dozvedieť, že temná energia sa zhoršuje alebo zlepšuje, alebo dokonca len je rovnaká. A mohli by sme sa dozvedieť, aké masívne sú neutrína alebo koľko z nich poletuje vesmírom. Ale bez ohľadu na to je ťažké povedať, čo získame, kým sa skutočne nebudeme pozerať.
Paul M. Sutter je astrofyzik na Štátna univerzita v Ohiu, hostiteľ Spýtajte sa Spaceman a Vesmírne rádioa autor knihy Vaše miesto vo vesmíre.
