Naše vesolje je neverjetno široko, večinoma skrivnostno in na splošno zmedeno. Obkroženi smo z zapletenimi vprašanji na tehtnicah, tako velikih kot majhnih. Zagotovo imamo nekaj odgovorov, kot je standardni model fizike delcev, ki nam (vsaj fiziki) pomagajo razumeti temeljne subatomske interakcije in teorijo velikega poka, kako se je začelo vesolje, ki združuje kozmično zgodbo v preteklosti 13,8 milijarde let.
Toda kljub uspehom teh modelov imamo še veliko dela. Na primer, kaj je na svetu temna energija, ime, ki ga damo gonilni sili za opaženo pospešeno širitev vesolja? In kaj je na nasprotnem koncu lestvice, kaj točno so nevtrini, tisti srhljivi majhni delci, ki zadrgajo in se zgledujejo po kozmosu, ne da bi kaj komaj koli posegali?
Na prvi pogled se ti dve vprašanji zdita tako radikalno različni glede na obseg in naravo in no, vse, za kar bi lahko domnevali, da jim moramo odgovoriti.
Mogoče pa bi lahko en poskus razkril odgovore na oba. Teleskop evropske vesoljske agencije je zasnovan tako, da preslika temno vesolje - videti je daleč nazaj, približno 10 milijard let, ko naj bi temna energija divjala. Vkopljemo se.
Pojdi velika in pojdi domov
Če se želimo kopati, moramo pogledati navzgor. Pot navzgor. Na lestvicah, veliko večjih od galaksij (tukaj govorimo o milijardnih svetlobnih letih, ljudje), kjer naše vesolje spominja na ogromno, žarečo pajkovo mrežo. Razen, ta pajkova mreža ni narejena iz svile, ampak iz galaksij. Dolge tanke vilice galaksij, ki povezujejo gosta, nerodna vozlišča. Ta vozlišča so grozdi, vrtoglava mesta galaksij in vroč, bogat plin - ogromne, široke stene tisoč do tisoč galaksij. In med temi strukturami, ki zavzemajo večino volumna v vesolju, so velike kozmične praznine, nebesne puščave, napolnjene z nič kaj dosti.
Imenujejo se kozmični splet in je največja stvar v vesolju.
Ta kozmični splet je skozi milijarde let počasi gradila najšibkejša sila v naravi: gravitacija. Ko je bilo vesolje najtanjši del trenutne velikosti, je bilo skoraj popolnoma enotno. Tu pa je pomemben "skoraj": V gostoti so bile drobne razlike v gostoti od mesta do mesta, saj so nekateri koti vesolja nekoliko bolj natrpani od povprečja, drugi pa nekoliko manj.
S časom lahko gravitacija počne neverjetne stvari. V primeru našega kozmičnega spleta so imele te nekoliko višje od povprečja gosto območje, ki je bilo nekoliko močnejše, privlačilo je njihovo okolico, zaradi česar so bile te grude še bolj privlačne, kar je privabilo več sosedov in tako naprej tako naprej.
Ta postopek pospešite milijardo let in gojili ste svoj lasten kozmični splet.
Univerzalni recept
To je splošna slika: Za izdelavo kozmičnega spleta potrebuješ nekaj "stvari" in potrebuješ nekaj težnosti. Kjer pa postane resnično zanimivo, je v podrobnostih, še posebej v detajlih stvari.
Različne snovi se bodo zbrale in tvorile strukture različno. Nekatere vrste snovi se lahko zapletejo v sebe ali pa morajo odstraniti odvečno toploto, preden se lahko strdijo, druge pa se lahko takoj pridružijo najbližji zabavi. Nekatere vrste snovi se premikajo dovolj počasi, da gravitacija lahko učinkovito opravi svoje delo, medtem ko so druge vrste snovi tako flote in spretne, da gravitacija komajda dobi svoje nemočne roke.
Skratka, če spremenite sestavine vesolja, dobite različno videti kozmične mreže. V enem scenariju bi lahko bilo bolj bogatih grozdov in manj praznih praznin v primerjavi z drugim scenarijem, v katerem praznine popolnoma prevladujejo zgodaj v zgodovini kozmosa, pri čemer se grozdi sploh ne tvorijo.
Ena posebej zanimiva sestavina je nevtrino, prej omenjeni duhovni delci. Ker je nevtrino tako lahka, potuje s skoraj hitrostjo svetlobe. To ima za posledico "glajenje" struktur v vesolju: Gravitacija preprosto ne more narediti svojega dela in nevtrine povleči v majhne majhne kroglice. Če torej v vesolje dodate preveč nevtrinov, stvari, kot so cele galaksije, v zgodnjem vesolju ne morejo tvoriti.
Drobne težave, velike rešitve
To pomeni, da lahko sami kozmični splet uporabimo kot velikanski laboratorij fizike za preučevanje nevtrinov. Če preučimo strukturo spleta in ga razdelimo na različne dele (grozdi, praznine in tako naprej), lahko dobimo presenetljivo neposreden ročaj nevtrinov.
Obstaja samo ena težava, ki se norčuje: nevtrini niso edina sestavina v vesolju. Glavni glavni zmeden dejavnik je prisotnost temne energije, skrivnostne sile, ki raztrga naše vesolje. In kot ste morda sumili, to v veliki meri vpliva na kozmični splet. Konec koncev je težko zgraditi velike strukture v hitro rastočem vesolju. In če pogledate le en del kozmičnega spleta (recimo galaksijske grozde), morda ne boste imeli dovolj informacij, da bi lahko povedali razliko med nevtrino učinki in temnimi energijskimi učinki - oboje ovira strjevanje " stvari. "
V nedavnem prispevku, objavljenem na spletu v reviji za tisk arXiv, so astronomi pojasnili, kako bodo prihodnje raziskave galaksije, kot je misija Evropske vesoljske agencije Euclid, pomagale razkriti lastnosti nevtrino in temno energijo. Satelit Euclid bo preslikal lokacije milijonov galaksij, ki bodo naslikali zelo širok portret kozmičnega spleta. In znotraj te strukture se skrivajo namigi zgodovine našega vesolja, preteklosti, ki je odvisna od njegovih sestavin, kot so nevtrini in temna energija.
Če pogledamo kombinacijo najgostejših, najbolj obremenjenih krajev v vesolju (galaksije grozdov) in najbolj osamljenih, najbolj izpraznjenih krajev v kozmosu (praznine), lahko dobimo odgovore o naravi temne energije (ki bo napovedala dobo popolnoma novega znanja fizike) in narave nevtrinov (ki bodo storili popolnoma isto stvar). Morda bi se naučili na primer, da se temna energija poslabša ali izboljša, ali pa je celo enaka. In morda bi se naučili, kako masivni so nevtrini ali koliko jih lete po vesolju. Toda ne glede na to, je težko povedati, kaj bomo dobili, dokler dejansko ne pogledamo.
Paul M. Sutter je astrofizik pri Državna univerza Ohio, gostitelj Vprašajte vesoljca in Vesoljski radioin avtorja Vaše mesto v vesolju.
