Astronomi preslikavaju tamnu tvar neizravno, gravitacijskim povlačenjem drugih objekata.
Paul M. Sutter je astrofizičar na Državno sveučilište Ohio, domaćin Pitajte svemira i Svemirski radioi autor knjige "Vaše mjesto u svemiru."Sutter je pridonio ovom članku Glasovi stručnjaka Space.com-a: Op-Ed & Insights.
Moderno proučavanje cjelokupnog svemira, grana znanosti poznata kao kozmologija, svoj trenutni status duguje mnogim uglednim ličnostima, vraćajući se unatrag više od jednog stoljeća predanog, teško osvojenog istraživanja.
Neka od tih imena mogu biti poznata: Albert Einstein, Edwin Hubble, Vera Rubin, itd. No nedavno je Odbor za Nobelove nagrade prepoznao doprinose imena koje možda ne prepoznajete, Jim Peebles i dodijelili su mu polovicu nagrade za fiziku 2019. godine, "za doprinos našem razumijevanju evolucije svemira i mjesta Zemlje u kosmosu."
Dovoljno je reći da kozmologija ne bi bila tamo gdje je danas bez napora Jima Peeblesa. Jedna je stvar navesti taj Model Big Bang u jednostavnosti majice kratkih rukava (npr. "svemir je bio manji i topliji, a sad to nije"), ali potpuno je drugačija stvar to pretvoriti u preciznu matematičku formulaciju koja može predvidjeti usporedbu sa zapažanja. Pošteno je reći da je Peebles pomogao transformirati kozmologiju iz "uredne i općenito ispravne ideje" u "polje stvarne znanosti". Istražimo tri glavna načina na koja su nas njegovi uvidi vodili:
Kozmička pozadina mikrovalne
Ako je rani svemir bio manji nego danas, onda je također morao biti topliji i gušći. I nakon što prihvatite ovu stvarnost, brzo shvatite da, u nekom trenutku daleke prošlosti, svemir mora da je bila tako gusta i tako vruća da je postojala u potpuno drugom stanju materije.
Prije više od 13 milijardi godina, kada je svemir bio oko milijun današnjeg današnjeg volumena, sve su stvari u kosmosu bile tako zglađene zajedno da je bila plazma, stanje materije u kojoj su elektroni oduzeti od atoma i slobodni do lutaju sami. Tada je svemir bio prilično intenzivan.
Ali tada je postarao, postajao je sve veći i hladniji. I u određenoj dobi temperatura i pritisci spustili su se ispod kritičnog praga i elektroni su se mogli priključiti na atome, a da se nisu odmah ispucali. U trenutku, svemir je postao prozračan za zračenje, a ta svjetlost - koja je u trenutku izlaska bila doslovno bijela - traje do današnjeg dana, natapajući kosmos.
Ali danas je to svjetlo izgubilo puno pare i zahladilo je samo nekoliko stupnjeva iznad apsolutne nule, čvrsto u pojasu mikrovalne. Ovo "kozmička mikrovalna pozadina"slučajno ih je otkrio par fizičara mikrovalne peći 1964. godine, ali za njih je nepoznata skupina teoretičara, uključujući Peeblesa, već predvidjela njegovo postojanje. Mikrotalasni fizičari pobijedili su Nobela 1978. godine, ali nikad nije kasno da Nobelov odbor prizna priznanje i teoretičari.
Tamna materija
1970-ih astronom Vera Rubin otkrili da se nešto galaksije događa s galaksijama: zvijezde unutar njih prebrzo su se kretale oko orbite. U stvari, tako brzo, da su se galaksije morale rastaviti prije nekoliko milijardi godina. Ali tu su bili, sretni kao školjke.
Što se događalo? Nismo li razumjeli nešto o prirodi gravitacije u skalama velikim poput galaksija? Ili je svemir imao dodatni sastojak koji nam je bio skriven do Rubinovih opažanja?
Neki astronomi, uključujući i samog Rubina, smatrali su da moramo ispraviti zakone fizike da stvari ispravimo. Ali drugi, uključujući Peebles, shvatili su da galaksija ima više nego što ih prati oko. Bio je jedan od najranijih zagovornika onoga što danas nazivamo "hladna tamna materija" - novog oblika materije koja ne djeluje na interakciju sa svjetlošću (i stoga ne djeluje na bilo što drugo, osim putem gravitacije). Sada to znamo tamna materija zasićuje svemir, ispijajući normalnu tvar s omjerom najmanje 5: 1.
Peebles i suradnici pokušali su istražiti što bi ta nova hipoteza značila u pogledu ponašanja galaksija i pružili korisne testove promatračima da ih ciljaju i mjere.
Danas, dok još uvijek ne razumijemo tamnu materiju - i tek moramo utvrditi njezin točan identitet - dokazi su došli iz različitih uglova, uključujući suptilne otiske u samoj pozadini kozmičke mikrovalne, da je tamna tvar glavni sastojak naše svemir.
Kozmička struktura
Ali Peebles se nije zaustavio u najranijim trenucima Velikog praska ili tajanstvenim i nevidljivim komponentama našeg svemira. Peebles je krenuo velikim putem.
U svemiru oko nas vidimo sve vrste različitih vrsta galaksija u svim vrstama fantastičnih aranžmana. Neke su galaksije povezane gigantskim klasterima, dok su druge usamljenici. Neki su ogromni i žustri, a drugi su mali i jedva primjetni. A kad zumiramo na najveće razmjere, vidimo ogromno "kozmička mreža, "najveći uzorak koji se nalazi u prirodi, struktura koja se proteže od jednog kraja vidljivog svemira do drugog.
Kozmička mreža sačinjena je od galaksija, a kao što ime sugerira, izgleda poput kozmičke paukove mreže.
Kako da dogoditi?
Peebles i njegovi prijatelji vodili su put ka objašnjenju podrijetla kozmičke mreže, otkrivši da strukture u našem svemiru s vremenom polako rastu, gradeći se od manjih bita do većih bita sa svakim prolaskom eona.
Otkrili su kako tražiti tragove sjemena strukture u kozmičkoj mikrovalnoj pozadini, vidljive kao male varijacije u temperaturi ne većoj od 1 dijela u 100 000. Te su varijacije bile lokacije prvih bazena s nešto višom od prosječne gustoće, gdje bi više tvari (posebno tamne tvari!) Proticalo tijekom milijuna godina.
Na kraju bi ti mali nuggetsi prerasli u galaksije, a neke će se galaksije udružiti u grozdove. A budući da su sve te stvari korištene za izgradnju ovih velikih građevina morale stići odnekud, ogromna prazna područja otvorila su se i proširila. To su postale praznine u kozmičkom webu, poznate kao praznine.
Tijekom desetljeća Jim Peebles napisao je stotine radova i surađivao sa stotinama astronoma, astrofizičara, fizičara i kozmologa, a bio je i kritični igrač u oslikavanju portreta svemira koji sada razumijemo.
- Nobelova nagrada za fiziku: 1901-danas
- Tamna materija i tamna energija: Objašnjena misterija (Infographic)
- 11 neodgovorenih pitanja o tamnoj materiji
Slušajte podcast pod nazivom Ask A SpacemaniTunes, i na Internetu na http://www.askaspaceman.com, Postavite svoje pitanje na Twitteru koristeći #AskASpaceman ili slijedeći Paula @PaulMattSutter i facebook.com/PaulMattSutter, Pratite nas na Twitteru @Spacedotcom ili Facebook.
