Naš je svemir nevjerojatno prostran, uglavnom misteriozan i općenito zbunjujući. Okruženi smo zbunjujućim pitanjima na velikim i malim mjerilima. Sigurno imamo neke odgovore, poput Standardnog modela fizike čestica, koji nam pomažu (barem fizičari) razumjeti temeljne subatomske interakcije i teoriju Velikog praska o tome kako je svemir započeo, a koji zajedno spašava kozmičku priču kroz prošlost 13,8 milijardi godina.
No usprkos uspjesima ovih modela, moramo još puno posla. Na primjer, što je u svijetu tamna energija, ime koje dajemo pokretačkoj snazi iza promatrane ubrzane ekspanzije svemira? A na suprotnom kraju ljestvice, što su točno neutrini, one sablasno male čestice koje zijevaju i zumiraju kroz kosmos, a da jedva ne reagiraju ni na što?
Ova dva pitanja na prvi pogled izgledaju tako radikalno različita u smislu razmjera i prirode i, dobro, svega što bismo mogli pretpostaviti da im moramo odgovoriti.
Ali može biti da bi jedan eksperiment mogao otkriti odgovore na oboje. Teleskop Europske svemirske agencije postavljen je za mapiranje mračnog svemira - gledajući u daleku prošlost, prije nekih 10 milijardi godina, kada se smatra da je tamna energija bjesnila. Idemo kopati.
Idi idi kući
Da bismo kopali unutra, moramo podići pogled. Put gore. Na ljestvicama puno, puno većim od galaksija (ovdje govorimo o milijardama svjetlosnih godina, ljudi), gdje naš svemir nalikuje ogromnoj, užarenoj paukovoj mreži. Osim što ova paukova mreža nije od svile, već od galaksija. Duge, tanke tendice galaksija koje povezuju guste, nezgrapne čvorove. Ti čvorovi su grozdovi, užurbani gradovi galaksija i vrući, bogati plinovi - ogromni, široki zidovi od tisuću do tisuća galaksija. A između tih struktura, koje zauzimaju većinu volumena u svemiru, nalaze se velike kozmičke praznine, nebeske pustinje napunjene nimalo puno.
Zove se kozmička mreža i najveća je stvar u svemiru.
Ovaj kozmički splet polako je tijekom milijardi godina izgrađen od strane najslabije sile u prirodi: gravitacije. Kad je svemir bio najmanji dio trenutne veličine, bio je gotovo savršeno ujednačen. No, ovdje je "gotovo" važno: postojale su sitne razlike u gustoći od mjesta do mjesta, pri čemu su neki kutovi svemira malo gužvi od prosjeka, a drugi malo manje.
S vremenom gravitacija može učiniti nevjerojatne stvari. U slučaju našeg kozmičkog weba, ta nešto viša od prosjeka gusta područja imala su gravitaciju koja je bila malo jača, privlačeći svoje okruženje k njima, što je činilo te nakupine još privlačnijima, što je privuklo više susjeda, i tako dalje tako dalje.
Ubrzajte ovaj proces milijardu godina i uzgojili ste vlastiti kozmički web.
Univerzalni recept
To je opća slika: Da biste napravili kozmičku mrežu, trebat će vam neke "stvari", a potrebna vam je i neka gravitacija. Ali gdje je postalo stvarno zanimljivo je u detaljima, posebno u detaljima stvari.
Različite materije će se različito skupiti i oblikovati strukture. Neke se tvari mogu uplesti u sebe ili će trebati ukloniti višak topline da bi se mogle očistiti, dok bi se druge volje pridružile najbližoj zabavi. Određene vrste materije se kreću dovoljno sporo da gravitacija može učinkovito obavljati svoj posao, dok su druge vrste materije toliko flotne i brze da gravitacija jedva može primiti svoje slabe ruke na sebi.
Ukratko, ako promijenite sastojke svemira, dobit ćete kozmičke mreže različitih izgleda. U jednom scenariju, moglo bi biti bogatije grozdove i manje praznih praznina u usporedbi s drugim scenarijem, u kojem praznine potpuno dominiraju početkom povijesti kozmosa, a klasteri se uopće ne stvaraju.
Jedan posebno intrigantan sastojak je neutrino, spomenuta duhovna čestica. Budući da je neutrino toliko lagan, putuje gotovo brzinom svjetlosti. To ima za posljedicu "izglađivanje" struktura u svemiru: Gravitacija jednostavno ne može raditi svoje i povlačiti neutrine u male kompaktne kuglice. Dakle, ako u svemir dodate previše neutrina, stvari poput čitavih galaksija na kraju se ne mogu formirati u ranom svemiru.
Sitni problemi, velika rješenja
To znači da sami kozmički splet možemo koristiti kao divovski laboratorij fizike za proučavanje neutrina. Ispitujući strukturu weba i razbijajući ga na njegove različite dijelove (nakupine, praznine i tako dalje), možemo dobiti iznenađujuće izravno rukovanje neutrinovima.
Postoji samo jedan problem grickanja: Neutrinovi nisu jedini sastojak u svemiru. Jedan od glavnih zbunjujućih čimbenika je prisutnost tamne energije, tajanstvene sile koja razdvaja naš svemir. A kao što ste možda i sumnjali, to na veliki način utječe na kozmičku mrežu. Napokon je teško graditi velike strukture u svemiru koji se brzo širi. A ako pogledate samo jedan dio kozmičkog weba (recimo galaksije galaksije), možda nećete imati dovoljno informacija da kažete razliku između neutrinskih efekata i efekta tamne energije - koji oba ometaju nakupljanje " stvari."
U nedavnom radu objavljenom putem interneta u časopisu za pretpristup arXiv, astronomi su objasnili kako će predstojeća istraživanja galaksije, poput misije Europske svemirske agencije, pomoći u otkrivanju svojstava neutrina i tamne energije. Euclid satelit će preslikati lokacije milijuna galaksija slikajući vrlo širok portret kozmičke mreže. A unutar te strukture leže se naputci o povijesti našeg svemira, prošlosti koja ovisi o njegovim sastojcima, poput neutrina i tamne energije.
Gledajući kombinaciju najgušćih, najprometnijih mjesta u svemiru (galaksija grozdova) i najdublja, najpraznija mjesta u kozmosu (praznine), mogli bismo dobiti odgovore kako o prirodi tamne energije (koja će najaviti jedno razdoblje potpuno novih znanja iz fizike) i prirode neutrina (koji će učiniti potpuno istu stvar). Na primjer, mogli bismo naučiti da tamna energija postaje sve lošija ili bolja, a možda čak i da je ista. I mogli bismo naučiti koliko su masivni neutrini ili koliko njih lete po svemiru. Ali bez obzira na sve, teško je reći što ćemo dobiti dok zapravo ne pogledamo.
Paul M. Sutter je astrofizičar na Državno sveučilište Ohio, domaćin Pitajte svemira i Svemirski radio, i autor Vaše mjesto u svemiru.
