Don Lincoln je vedecký pracovník Fermilab amerického ministerstva energetiky, najväčšej výskumnej inštitúcie s názvom Large Hadron Collider. Píše tiež o vede pre verejnosť, vrátane svojej nedávnej „Veľký Hadron Collider: Mimoriadny príbeh Higgsovho bosona a ďalších vecí, ktoré vám vyfúknu myseľ„(Johns Hopkins University Press, 2014). Môžete ho sledovať ďalejFacebook, Lincoln prispel týmto článkom do programu Live ScienceHlasy expertov: Op-Ed & Insights.
Pokiaľ sme viedli záznamy, ľudstvo sa žaslo nad nočnou oblohou. Pozreli sme sa na nebesia, aby sme určili vôľu bohov a premýšľali o význame toho všetkého. Iba 5 000 hviezd, ktoré vidíme voľným okom, boli spoločníkmi ľudstva po tisícročia.
Moderné astronomické zariadenia nám ukázali, že vesmír sa netvorí iba z tisícov hviezd - skladá sa iba zo stoviek miliárd hviezd v našej galaxii, s biliónmi galaxií. Observatória nás naučili o narodení a vývoji vesmíru. A 3. augusta nové zariadenie vydalo svoje prvé vecné oznámenie a prispelo k nášmu pochopeniu vesmíru. To nám umožňuje vidieť neviditeľné a ukázalo sa, že rozdelenie hmoty vo vesmíre sa trochu odlišovalo od očakávaní.
Prieskum temnej energie (DES) je spoluprácou asi 400 vedcov, ktorí sa pustili do päťročnej misie na štúdium vzdialených galaxií s cieľom odpovedať na otázky o histórii vesmíru. Používa kameru tmavej energie (DEC) pripojenú k 4-metrovému ďalekohľadu Viktora M. Blanca na medziamerickom observatóriu Cerro Tololo v čílskych Andách. DEC bol zostavený v USA vo Fermilabe neďaleko Batavia v štáte Illinois a je to 570-megapixlová kamera schopná snímať galaxie tak ďaleko, že ich svetlo je milióntina jasnejšie ako najtmavšie viditeľné hviezdy.
Temná energia a temná hmota
DES loví temnú energiu, čo je navrhované energetické pole vo vesmíre, ktoré je odpudivou formou gravitácie. Zatiaľ čo gravitácia vyvoláva neodolateľnú príťažlivosť, temná energia tlačí vesmír, aby sa rozširoval stále sa zvyšujúcim tempom. Jeho účinok sa prvýkrát pozoroval v roku 1998 a stále máme veľa otázok o jeho povahe.
Meraním umiestnenia a vzdialenosti 300 miliónov galaxií na južnej nočnej oblohe však bude prieskum schopný urobiť dôležité vyhlásenia o ďalšom astronomickom tajomstve nazývanom temná hmota. Temná hmota sa vo vesmíre považuje za päťkrát častejšiu ako obyčajná hmota. Napriek tomu to nereaguje so svetlom, rádiovými vlnami alebo akoukoľvek formou elektromagnetickej energie. Nezdá sa, že by sa zhromažďoval do veľkých telies, ako sú planéty a hviezdy.
Neexistuje spôsob, ako priamo vidieť temnú hmotu (odtiaľ názov). Jeho účinky však možno vidieť nepriamo analýzou rýchlosti rotácie galaxií. Ak vypočítate rýchlosti otáčania podporované viditeľnou hmotnosťou galaxií, zistíte, že rotujú rýchlejšie ako by mali. Podľa všetkých práv by sa tieto galaxie mali roztrhať. Po desaťročiach výskumu dospeli astronómovia k záveru, že každá galaxia obsahuje temnú hmotu, ktorá vytvára ďalšiu gravitáciu, ktorá drží galaxie pohromade.
Temná hmota vo vesmíre
Avšak v oveľa väčšom meradle vesmíru nie je štúdium jednotlivých galaxií postačujúce. Je potrebný ďalší prístup. Preto musia astronómovia používať techniku nazývanú gravitačné šošovky.
Gravitačné šošovky predpovedal v roku 1916 Albert Einstein a prvýkrát ho pozoroval Sir Arthur Eddington v roku 1919. Einsteinova teória všeobecnej relativity hovorí, že gravitácia, ktorú zažívame, je skutočne spôsobená zakrivením časopriestoru. Pretože svetlo prechádza priamou cestou cez priestor, ak je časopriestor zakrivený, bude pozorovať pozorovateľa, akoby svetlo prechádzalo zakrivenou cestou priestorom.
Tento jav možno využiť na štúdium množstva a distribúcie temnej hmoty vo vesmíre. Vedci, ktorí sledujú vzdialenú galaxiu (nazývanú šošovková galaxia), ktorá má ďalšiu galaxiu ešte ďalej za ňou (nazývanú pozorovaná galaxia), môžu vidieť zdeformovaný obraz pozorovanej galaxie. Skreslenie súvisí s hmotnosťou šošovkovej galaxie. Pretože hmotnosť šošovkovej galaxie je kombináciou viditeľnej hmoty a tmavej hmoty, gravitačné šošovky umožňujú vedcom priamo pozorovať existenciu a distribúciu tmavej hmoty na mierkach tak veľkých ako samotný vesmír. Táto technika funguje aj vtedy, keď veľká skupina popredných galaxií skresľuje obrazy zhlukov ešte vzdialenejších galaxií, čo je technika použitá pri tomto meraní.
Hrudkovité alebo nie?
Spolupráca DES nedávno vydala analýzu pomocou presne tejto techniky. Tím sa pozrel na vzorku 26 miliónov galaxií v štyroch rôznych vzdialenostiach od Zeme. Bližšie galaxie šošovkovali tie, ktoré boli ďalej. Použitím tejto techniky a starostlivým pozorovaním skreslenia snímok všetkých galaxií dokázali zmapovať rozdelenie neviditeľnej temnej hmoty a to, ako sa pohybovala a zhlukovala za posledných 7 miliárd rokov alebo polovicu doby životnosti galaxií. vesmír.
Podľa očakávania zistili, že temná hmota vesmíru bola „hrboľatá“. Prekvapenie však bolo - bolo to o niečo menej hrboľaté, než predpokladali predchádzajúce merania.
Jedno z týchto protichodných meraní pochádza zo zvyšku rádiového signálu od najskoršieho obdobia po Veľkom tresku, ktoré sa nazýva kozmické mikrovlnné pozadie (CMB). CMB v sebe obsahuje distribúciu energie vo vesmíre, keď mala 380 000 rokov. V roku 1998 spolupráca medzi Cosmic Background Explorer (COBE) oznámila, že CMB nebola úplne jednotná, ale mala horúce a studené miesta, ktoré sa líšili od uniformy o 1 diel zo 100 000. Satelity Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) a Planck potvrdili a vylepšili merania COBE.
V priebehu 7 miliárd rokov, keď bol CMB emitovaný, a časovým obdobím, ktoré študoval DES, tieto horúce oblasti vesmíru naočkovali tvorbu štruktúry vesmíru. Nepravidelná distribúcia energie zachytená v CMB v kombinácii so zosilňujúcou sa gravitačnou silou spôsobila, že niektoré miesta vo vesmíre boli hustejšie a iné menej. Výsledkom je vesmír, ktorý vidíme okolo nás.
CMB predpovedá distribúciu temnej hmoty z jednoduchého dôvodu: Distribúcia hmoty v našom vesmíre v súčasnosti závisí od jej distribúcie v minulosti. Nakoniec, ak by v minulosti existoval zhluk hmoty, priťahovala by táto látka blízku hmotu a zhluk by rástol. Podobne, ak by sme mali premietnuť do ďalekej budúcnosti, rozdelenie hmoty dnes ovplyvní zajtra to isté z toho istého dôvodu.
Vedci použili merania CMB na 380 000 rokov po Veľkom tresku na výpočet toho, ako by mal vesmír vyzerať o 7 miliárd rokov neskôr. Keď porovnávali predpovede s meraniami od DES, zistili, že merania DES boli o niečo menej hrudkovité ako predpovede.
Neúplný obrázok
Je to veľa? Možno. Neistota alebo chyba v týchto dvoch meraniach je dosť veľká, takže to znamená, že nesúhlasia štatisticky významným spôsobom. To jednoducho znamená, že nikto si nemôže byť istý, že tieto dve merania skutočne nesúhlasia. Môže sa stať, že rozdiely vzniknú náhodou zo štatistických výkyvov v údajoch alebo z malých inštrumentálnych účinkov, ktoré sa nezohľadnili.
Aj autori štúdie by tu navrhli opatrnosť. Merania DES ešte neboli predmetom vzájomného preskúmania. Príspevky boli predložené na zverejnenie a výsledky boli prezentované na konferenciách, ale pevné závery by mali počkať, kým nezačnú vstupovať správy rozhodcu.
Aká je budúcnosť? DES má päťročnú misiu, z ktorej boli zaznamenané štyri roky údajov. Nedávno oznámený výsledok využíva iba údaje za prvý rok. Stále sa analyzujú najnovšie údaje. Ďalej bude celý súbor údajov pokrývať 5 000 štvorcových stupňov oblohy, zatiaľ čo posledný výsledok sa týka iba 1 500 štvorcových stupňov a peeruje iba polovicu cesty späť v čase. Príbeh teda zjavne nie je úplný. Analýza úplného súboru údajov sa neočakáva až do roku 2020.
Údaje, ktoré sa dnes prijímajú, by však mohli znamenať, že v našom chápaní vývoja vesmíru existuje možné napätie. A aj keď toto napätie zmizne, keď sa analyzuje viac údajov, spolupráca DES pokračuje v ďalších meraniach. Pamätajte, že písmená „DE“ v názve znamenajú temnú energiu. Táto skupina nám nakoniec povie niečo o správaní temnej energie v minulosti ao tom, čo môžeme očakávať v budúcnosti. Toto nedávne meranie je len začiatkom toho, čo sa očakáva, že bude vedecky fascinujúcim časom.
Táto verzia článku bola pôvodne publikovaná v službe Live Science.
