Астрономы наносят на карту темную материю косвенно, через ее гравитационное притяжение к другим объектам.
Пол М. Саттер является астрофизиком в Государственный университет Огайо, хозяин Спроси космонавта а также Космическое Радиои автор "Ваше место во Вселенной."Саттер внес эту статью Экспертные голоса Space.com: Op-Ed & Insights.
Современное исследование всей вселенной, отрасль науки, известная как космология, обязана своим нынешним статусом многим известным деятелям, возвращаясь к почти столетним целенаправленным, с трудом завоеванным исследованиям.
Некоторые из этих имен могут быть знакомы: Альберт ЭйнштейнЭдвин Хаббл, Вера Рубин и т. Д. Но недавно комитет Нобелевской премии признал вклад имени, которого вы не можете узнать, Джима Пиблса, и дал ему половину премии физики 2019 года«За вклад в наше понимание эволюции Вселенной и места Земли в космосе».
Достаточно сказать, что космология не была бы там, где она есть сегодня, без усилий Джима Пиблса. Одно дело заявить Модель большого взрыва в простоте футболки (например, «раньше Вселенная была меньше и горячее, а теперь нет»), но это совсем другое дело - превратить это в точную математическую формулировку, способную делать предсказания для сравнения с наблюдения. Справедливо сказать, что Пиблз помог преобразовать космологию из «аккуратной и в целом правильной идеи» в «область реальной науки». Давайте рассмотрим три основных направления, по которым нас вдохновляли его идеи:
Космический микроволновый фон
Если ранняя вселенная была меньше, чем сегодня, то она также должна была быть более горячей и плотной. И как только вы принимаете эту реальность, вы быстро понимаете, что в какой-то момент в далеком прошлом Вселенная Должно быть, он был настолько плотным и горячим, что существовал в совершенно ином состоянии материи.
Более 13 миллиардов лет назад, когда вселенная составляла примерно одну миллионную часть своего современного объема, все содержимое космоса было настолько поглощено вместе, что это была плазма, состояние вещества, в котором электроны оторваны от атомов и свободны для бродить самостоятельно. Тогда вселенная была довольно напряженной.
Но потом оно стало старше, стало больше и стало холоднее. И в определенном возрасте температура и давление упали ниже критического порога, и электроны смогли присоединиться к атомам без немедленного сбивания. В одно мгновение вселенная стала прозрачной для радиации, и этот свет - буквально раскаленный в момент своего высвобождения - сохраняется до наших дней, впитывая космос.
Но сегодня этот свет потерял много пара и охлаждает всего на несколько градусов выше абсолютного нуля, прочно в микроволновом диапазоне. Эта "космический микроволновый фон"был случайно обнаружен парой физиков-микроволновок в 1964 году, но неизвестно, что группа теоретиков, включая Пиблса, уже предсказала его существование. Физики-микроволновки выиграли Нобелевскую премию в 1978 году, но Нобелевскому комитету никогда не поздно признать теоретики тоже.
Темная материя
В 1970-х годах астроном Вера Рубин обнаружил что-то забавное, происходящее с галактиками: звезды внутри них вращались слишком быстро. На самом деле так быстро, что галактики должны были развалиться на миллиарды лет назад. Но там они были счастливы, как моллюски.
Что происходило? Разве мы не поняли что-то о природе гравитации в таких масштабах, как галактики? Или во вселенной был дополнительный ингредиент, который был спрятан до наблюдений Рубина?
Некоторые астрономы, в том числе сама Рубин, думали, что нам нужно изменить законы физики, чтобы все было правильно. Но другие, в том числе Пиблз, полагали, что в галактике есть нечто большее, чем кажется на первый взгляд. Он был одним из первых сторонников того, что мы сейчас называем «холодной темной материей» - новой формы материи, которая не взаимодействует со светом (и, следовательно, не взаимодействует ни с чем, кроме как через гравитацию). Теперь мы знаем, что темная материя насыщает вселенную, поглощая нормальную материю как минимум в соотношении 5: 1.
Пиблз и его коллеги проделали большую работу по изучению того, что будет означать эта новая гипотеза с точки зрения поведения галактики, и предоставили наблюдателям полезные тесты для определения цели и измерения.
Сегодня, хотя мы до сих пор не до конца понимаем темную материю - и нам еще предстоит точно определить ее точную идентичность - доказательства под разными углами, включая тонкие отпечатки на самом космическом микроволновом фоне, показывают, что темная материя является основным компонентом нашего вселенная.
Космическая структура
Но Пиблз не остановился на самых ранних моментах Большого взрыва или таинственных и невидимых компонентов нашей вселенной. Пиблз стал очень большим.
Мы видим во вселенной вокруг нас всевозможные галактики в самых разных причудливых ситуациях. Некоторые галактики связаны друг с другом в гигантских скоплениях, в то время как другие одиночки. Некоторые огромные и неуклюжие, а другие маленькие и едва заметные. И когда мы уменьшаем масштаб до самых больших масштабов, мы видим огромныйкосмическая сеть«Самый большой образец, найденный в природе, структура, которая простирается от одного конца видимой вселенной до другого.
Космическая сеть состоит из галактик и, как следует из названия, выглядит как космическая паутина.
Как который случиться?
Пиблс и его друзья привели путь к объяснению происхождения космической сети, обнаружив, что структуры в нашей вселенной медленно растут с течением времени, с каждым проходящим эоном увеличиваясь от меньших к большему.
Они нашли, как искать намеки на семена структуры на космическом микроволновом фоне, видимые как крошечные изменения температуры, не превышающие 1 части на 100 000. Эти вариации были местами расположения первых скоплений с плотностью, немного превышающей среднюю, где в течение миллионов лет будет течь больше материи (особенно темной материи!).
В конце концов эти маленькие самородки станут галактиками, и некоторые галактики объединятся, чтобы сформировать скопления галактик. И поскольку все эти вещи, используемые для строительства этих больших структур, должны были откуда-то появиться, огромные пустые области открылись и расширились. Они стали пробелами в космической паутине, известными как пустоты.
За десятилетия Джим Пиблз написал сотни статей и сотрудничал с сотнями астрономов, астрофизиков, физиков и космологов, и он был важным игроком в создании портрета вселенной, который мы теперь понимаем.
- Нобелевская премия по физике: 1901-настоящее время
- Темная материя и темная энергия: объяснение тайны (инфографика)
- 11 неотвеченных вопросов о Dark Matter
Вы можете прослушать подкаст Ask A Spaceman наItunesи в Интернете по адресу http://www.askaspaceman.com, Задайте свой вопрос в Твиттере, используя #AskASpaceman или подписавшись на Пола. @PaulMattSutter а также facebook.com/PaulMattSutter, Следуйте за нами на Twitter @Spacedotcom или facebook.
