Astronomii mapează indirect materia întunecată, prin atragerea gravitațională asupra altor obiecte.
Paul M. Sutter este astrofizician la Universitatea de Stat din Ohio, gazda Întrebați un Spaceman și Radio spațialăși autorul „Locul tău în Univers."Sutter a contribuit cu acest articol Vocile experților Space.com: Op-Ed și Insights.
Studiul modern al întregului univers, ramura științei cunoscută sub numele de cosmologie, își datorează statutul actual multor figuri notabile, care se întoarce în urmă cu aproape un secol de cercetare dedicată, greu câștigată.
Unele dintre aceste nume ar putea fi cunoscute: Albert Einstein, Edwin Hubble, Vera Rubin etc. Dar recent comitetul Premiului Nobel a recunoscut contribuțiile unui nume pe care s-ar putea să nu-l recunoști, Jim Peebles și i-a oferit jumătate din premiul pentru fizică din 2019, "pentru contribuții la înțelegerea noastră despre evoluția universului și a locului Pământului în cosmos."
Este suficient să spunem că cosmologia nu ar fi acolo unde se află astăzi fără eforturile lui Jim Peebles. Este un lucru să afirmi Modelul Big Bang într-o simplitate din spatele tricoului (de exemplu, „universul era mai mic și mai fierbinte, iar acum nu este”), dar este cu totul altceva să transforme asta într-o formulare matematică precisă capabilă să facă predicții pentru a compara cu observații. Este corect să spunem că Peebles a ajutat la transformarea cosmologiei din „ideea îngrijită și în general corectă” în „un domeniu al științei reale”. Să explorăm trei căi principale în care ideile sale ne-au îndrumat:
Fundalul cosmic cu microunde
Dacă universul timpuriu era mai mic decât este astăzi, atunci trebuie să fi fost și mai cald și mai dens. Și după ce acceptați această realitate, vă dați seama rapid că, la un moment dat în trecutul îndepărtat, Universul trebuie să fi fost atât de dens și atât de fierbinte încât a existat într-o stare complet diferită.
Cu peste 13 miliarde de ani în urmă, când universul avea aproximativ o milionime din volumul său actual, toate lucrurile din cosmos erau atât de netezite încât era o plasmă, o stare de materie în care electronii sunt smulși din atomi și liberi să cutreieră singuri. Pe atunci, universul era destul de intens.
Dar apoi a îmbătrânit, a devenit mai mare și a devenit mai rece. Și la o anumită vârstă, temperaturile și presiunile au scăzut sub un prag critic și electronii au reușit să se atașeze de atomi, fără a fi îndepărtați imediat. Într-o clipă, universul a devenit transparent radiațiilor, iar acea lumină - literalmente alb-fierbinte în momentul eliberării sale - persistă până în zilele noastre, înmuind cosmosul.
Dar astăzi acea lumină a pierdut multă abur și se răcește la doar câteva grade peste zero absolut, ferm în banda cu microunde. Acest "fundal cosmic cu microunde"a fost descoperit accidental de o pereche de fizicieni cu microunde în 1964, dar deși nu le-a fost cunoscut un grup de teoreticieni, inclusiv Peebles, au prezis deja existența ei. Fizicienii cu microunde au câștigat Nobelul în 1978, dar niciodată nu este prea târziu pentru ca comitetul Nobel să recunoască și teoreticieni.
Materie întunecată
În anii '70, astronom Vera Rubin a descoperit ceva amuzant care se întâmplă cu galaxii: stelele din interiorul lor orbitau prea repede. Atât de repede, de fapt, încât galaxiile ar fi trebuit să se desprindă de miliarde de ani în urmă. Dar acolo au fost, fericiți ca scoici.
Ce s-a intamplat? Nu am înțeles ceva despre natura gravitației la solzi la fel de mari ca galaxiile? Sau universul avea un ingredient suplimentar care ne-a fost ascuns până la observațiile lui Rubin?
Unii astronomi, inclusiv Rubin însuși, au crezut că trebuie să modificăm legile fizicii pentru a înțelege lucrurile. Dar alții, inclusiv Peebles, s-au gândit că există o mai mare galaxie decât ochiul. El a fost unul dintre primii promotori ai ceea ce noi numim acum „materie rece-întunecată” - o nouă formă de materie care nu interacționează cu lumina (și, prin urmare, nu interacționează cu nimic altceva decât prin gravitație). Știm acum asta materie întunecată saturează universul, umflând materia normală cu cel puțin un raport 5: 1.
Peebles și colaboratorii au făcut lucrările de investigare a ceea ce ar însemna această nouă ipoteză în ceea ce privește comportamentul galaxiei și au oferit teste utile observatorilor pentru a ținta și măsura.
Astăzi, deși încă nu înțelegem pe deplin materia întunecată - și încă trebuie să-i identificăm identitatea exactă - dovezile au venit din mai multe unghiuri, inclusiv amprente subtile în fondul microundelor cosmice în sine, că materia întunecată este un ingredient major al univers.
Structura cosmică
Dar Peebles nu s-a oprit cu primele momente ale Big Bang-ului sau cu componente misterioase și invizibile ale universului nostru. Peebles a devenit mare - foarte mare.
În universul din jurul nostru vedem tot felul de tipuri diferite de galaxii în tot felul de aranjamente fanteziste. Unele galaxii sunt legate împreună în grupuri gigantice, în timp ce altele sunt singure. Unele sunt imense și pline de hulking, iar altele sunt mici și abia observabile. Și când facem zoom la cele mai mari scări, vedem o vastă "web cosmic, „cel mai mare model găsit în natură, o structură care se extinde de la un capăt al universului vizibil la celălalt.
Pânza cosmică este formată din galaxii și, așa cum sugerează și numele, arată ca o pânză de păianjen cosmică.
Cum a făcut acea întâmpla?
Peebles și prietenii săi au condus la explicarea originilor țesăturii cosmice, descoperind că structurile din universul nostru cresc încet în timp, construindu-se de la biți mai mici la biți mai mari cu fiecare eon care trece.
Au descoperit cum să caute indicii ale semințelor structurii pe fundalul microundelor cosmice, vizibile ca variații minuscule ale temperaturii nu mai mari de 1 parte din 100.000. Aceste variații au fost locațiile primelor bazine cu o densitate ușor mai mare decât medie, în care s-ar curge mai multă materie (în special materia întunecată!) Pe parcursul a milioane de ani.
În cele din urmă, acele mici pepene vor crește pentru a deveni galaxii, iar unele galaxii se reuneau împreună pentru a forma grupuri de galaxii. Și din moment ce toate aceste lucruri folosite pentru construirea acestor structuri mari trebuiau să vină de undeva, s-au deschis și extins vaste regiuni goale. Acestea au devenit lacunele de pe web cosmic, cunoscute sub numele de goluri.
De-a lungul deceniilor, Jim Peebles a scris sute de lucrări și a colaborat cu sute de astronomi, astrofizici, fizicieni și cosmologi, și a fost un jucător critic în pictura portretului universului pe care îl înțelegem acum.
- Premiul Nobel pentru fizică: 1901-prezent
- Materia întunecată și energia întunecată: misterul explicat (infografic)
- 11 întrebări fără răspuns despre materia întunecată
Puteți asculta podcast-ul Ask A Spaceman peiTunes, și pe Web la http://www.askaspaceman.com. Puneți-vă propria întrebare pe Twitter folosind #AskASpaceman sau urmând Paul @PaulMattSutter și facebook.com/PaulMattSutter. Urmăriți-ne pe Twitter @Spacedotcom sau Facebook.
