Astronomi temno snov posredno preslikajo s svojim gravitacijskim potegom na druge predmete.
Paul M. Sutter je astrofizik pri Državna univerza Ohio, gostitelj Vprašajte vesoljca in Vesoljski radioin avtor "Vaše mesto v vesolju."Sutter je prispeval ta članek Glasovi strokovnjakov Space.com: Op-Ed & Vpogledi.
Sodobni študij celotnega vesolja, veja znanosti, poznana kot kozmologija, je dolžna svojemu trenutnemu statusu številnim pomembnim osebnostim, ki segajo skozi skoraj stoletje predanih, težko pridobljenih raziskav.
Nekatera od teh imen so morda znana: Albert Einstein, Edwin Hubble, Vera Rubin, itd. Toda pred kratkim je odbor za Nobelovo nagrado priznal prispevke imena, ki ga morda ne poznate, Jim Peebles in mu podelil polovico nagrade za fiziko 2019, "za prispevek k našemu razumevanju razvoja vesolja in Zemljinega mesta v kozmosu."
Dovolj je reči, da brez naporov Jima Peeblesa kozmologija ne bi bila tam, kjer je danes. Ena stvar je, da navedete Model Big Bang v preprostosti majice z majico (npr. "vesolje je bilo nekoč manjše in bolj vroče, zdaj pa ni"), vendar je to popolnoma drugačna stvar, ki to spremeni v natančno matematično formulacijo, ki je sposobna predvidevati primerjavo z opažanja. Pošteno je reči, da je Peebles pomagal spremeniti kozmologijo iz "čiste in na splošno pravilne ideje" v "polje prave znanosti". Raziščimo tri glavne poti, kam so nas vodila njegova spoznanja:
Kozmično ozadje mikrovalovne pečice
Če je bilo zgodnje vesolje manjše, kot je danes, potem je moralo biti tudi bolj vroče in bolj gosto. In ko enkrat sprejmete to resničnost, hitro spoznate, da v nekem trenutku daljne preteklosti vesolje mora biti bila tako gosta in tako vroča, da je obstajala v povsem drugačnem stanju materije.
Pred več kot 13 milijardami let, ko je bilo vesolje približno milijonto svojega današnjega obsega, so bile vse stvari v kozmosu tako zglajene, da je šlo za plazmo, stanje snovi, v katerem so elektroni odtrgani iz atomov in brez sami pohajkovati. Takrat je bilo vesolje precej napeto.
Toda potem se je postaral, postajal večji in hladnejši. In v določeni starosti so se temperature in tlaki spustili pod kritični prag in elektroni so se lahko pritrdili na atome, ne da bi jih takoj odgnali. V trenutku je vesolje postalo prozorno za sevanje in ta svetloba - dobesedno vroča v trenutku, ko se je sprostila - vztraja do današnjega dne, tako da je namočila kozmos.
Toda danes je svetloba izgubila veliko pare in ohlaja le nekaj stopinj nad absolutno ničlo, trdno v mikrovalovnem pasu. Ta "kozmično mikrovalovno ozadje"je leta 1964 slučajno odkrilo par mikrovalovnih fizikov, toda neznana jim je skupina teoretikov, vključno s Peeblesom, že napovedala njen obstoj. Mikrovalovni fiziki so Nobelovega zmagali leta 1978, vendar nikoli ni prepozno, da bi Nobelov odbor priznal tudi teoretiki.
Temna snov
V sedemdesetih letih astronom Vera Rubin odkrili, da se z galaksijami dogaja nekaj smešnega: zvezde znotraj njih so prehitro krožile v orbito. Tako hitro, pravzaprav, da bi se morale galaksije razkropiti pred milijardami let. Toda tam so bili, veseli kot školjke.
Kaj se je dogajalo? Nismo kaj razumeli o naravi gravitacije na tako velikih lestvicah kot galaksije? Ali je imelo vesolje kakšno dodatno sestavino, ki se nam je skrivala do Rubinovih opazovanj?
Nekateri astronomi, med njimi tudi sama Rubin, so menili, da moramo prilagoditi zakone fizike, da bomo stvari uredili. Toda drugi, vključno s Peeblesom, so ugotovili, da je galaksiji več kot oko. Bil je eden najzgodnejših zagovornikov tega, kar danes imenujemo "hladna temna snov" - nova oblika materije, ki ne vpliva na svetlobo (in zato ne vpliva na nič drugega, razen s pomočjo gravitacije). Zdaj to vemo temna snov nasiči vesolje, izplavlja normalne snovi vsaj v razmerju 5: 1.
Peebles in sodelavci so raziskali, kaj bi ta nova hipoteza pomenila v smislu vedenja galaksije, in zagotovili koristne teste za opazovanje in merjenje opazovalcev.
Danes še vedno ne razumemo popolnoma temne snovi - in še moramo natančno določiti njeno identiteto - dokazi so prišli iz različnih zornih kotov, vključno s subtilnimi odtisi v kozmičnem mikrovalovnem ozadju, da je temna snov glavna sestavina naše vesolje.
Kozmična zgradba
Toda Peebles se ni ustavil pri najzgodnejših trenutkih velikega poka ali skrivnostnih in nevidnih sestavnih delov našega vesolja. Peebles je šel v veliki meri.
V vesolju okoli nas vidimo najrazličnejše galaksije v najrazličnejših domišljijskih ureditvah. Nekatere galaksije so povezane v velikanske grozde, druge pa so samotarje. Nekateri so ogromni in hripavi, drugi pa majhni in komaj opazni. Ko pomanjšamo na največje lestvice, vidimo veliko "kozmični splet, "največji vzorec, ki ga najdemo v naravi, zgradba, ki sega od enega konca vidnega vesolja do drugega.
Kozmični splet je sestavljen iz galaksij in kot že ime pove, je videti kot kozmična pajkova mreža.
Kako da se zgodi?
Peebles in njegovi prijatelji so vodili do razlage izvora kozmičnega spleta in ugotovili, da strukture v našem vesolju sčasoma rastejo, pri čemer se z vsakim minljivim eonom gradijo od manjših bitov do večjih.
Ugotovili so, kako iskati namige o semenu strukture v kozmičnem mikrovalovnem ozadju, vidni kot drobne razlike v temperaturi, ki niso večje od 1 dela na 100.000. Te spremembe so bile lokacije prvih bazenov z nekoliko višjo od povprečne gostote, kamor bi se skozi milijone let pretakalo več snovi (zlasti temne snovi!).
Sčasoma bi te majhne nagele postale galaksije in nekatere galaksije bi se združile in tvorile grozde galaksij. In ker so vse te stvari, ki so jih uporabljali za gradnjo teh velikih struktur, od nekod prihajale, se je odprlo in širilo ogromno praznih regij. Te so postale vrzeli v kozmičnem spletu, znane kot praznine.
V desetletjih je Jim Peebles napisal na stotine prispevkov in sodeloval s stotimi astronomi, astrofiziki, fiziki in kozmologi in bil kritičen igralec pri slikanju portreta vesolja, ki ga zdaj razumemo.
- Nobelova nagrada za fiziko: 1901-danes
- Temna snov in temna energija: Razjasnjena skrivnost (Infographic)
- 11 neodgovorjenih vprašanj o temni materiji
Podcast Ask A Spaceman lahko poslušate naprejiTunesin v spletu na http://www.askaspaceman.com. Zastavite svoje vprašanje na Twitterju s pomočjo #AskASpaceman ali z upoštevanjem Paula @PaulMattSutter in facebook.com/PaulMattSutter. Spremljajte nas na Twitterju @Spacedotcom ali Facebook.
