Yra problema, susijusi su mūsų supratimu apie visatą: nėra prasmės atsižvelgti tik į materiją ir energiją, kurią galime pamatyti, išmatuoti ar aptikti.
Albertas EinšteinasĮžymūs Bendroji reliatyvumo teorijakuriame aprašomos fizinės visatos taisyklės lygčių serijoje, kurios kosmologinėse skalėse sumuojasi tik tuo atveju, jei visatoje yra penkis kartus daugiau medžiagos, nei galime pamatyti ir aptikti.
Nematoma materija arba Juodoji medžiagakartu su kita nematoma esybe, tamsioji energijaTai yra didžiausia kosmologijos paslaptis, visatos kilmės tyrimas. Tuo tarpu tamsioji materija viską sutraukia stipriau gravitacijaAtrodo, kad nepagaunama tamsioji energija veikia kaip tik priešingai, atstumdama daiktus ir priversdama juos išsipūsti Paspartinti plėtimąsi Iš visatos, kuri pirmą kartą buvo atrasta 1998 m. Tamsioji energija ir tamsioji medžiaga kartu sudaro 95% visatos „daiktų“, ir mes beveik nieko nežinome apie šiuos „daiktus“.
Bet kaip studijuoti tai, ko negalima pamatyti, paliesti ar išgirsti? Naujasis Europos Euklido teleskopas gali būti vienintelis sprendimas.
Susijęs: Ar tamsioji medžiaga yra paslaptinga? Itin šalta materijos būsena gali nušviesti
Didžiausios kosmologijos paslapties sprendimas
„Tamsioji materija yra kažkas, ką gravitacija veikia taip pat, kaip ir normalioji materija, bet ji nesąveikauja su šviesa ar niekuo, todėl žinome, kad ji egzistuoja tik dėl jos poveikio galaktikų ir žvaigždžių judėjimui“, – sako Isobel Hook. , Jungtinės Karalystės Lankasterio universiteto astrofizikos profesorius ir a Euklidas mokslininkas, sakė jis Space.com. „Nors tamsioji energija yra kažkas, ką atradome visai neseniai, kai atradome, kad laikui bėgant visatos plėtimasis vis spartėja. Tai nėra prasminga, jei manote, kad egzistuoja tik gravitacija. Ji turi lėtėti.”
Hooke’as priklausė komandai, kuri atrado šį paslaptingą pagreitį, už kurį pagrindinis šio tyrimo tyrėjas, amerikiečių astronomas Saulius Perlmutteris, buvo apdovanotas 2011 m. Nobelio fizikos premija. Nuo tada Hooke’as, kaip ir daugelis kitų astronomų, tikėjosi, kad išsiaiškinti, kas iš tikrųjų yra šis nematomas „kažkas“, stumiantis visatą. Naujasis Europos Euklido teleskopas, kuris buvo paleistas šeštadienį, liepos 1 d., gali priartinti šį atsakymą į akis. Erdvėlaivis, aprūpintas 3 pėdų, 11 colių (1,2 metro) teleskopu, taip pat padės pirmą kartą nustatyti tamsiosios medžiagos pasiskirstymą erdvėje trimis matmenimis.
Bet kaip tiksliai Euklidas atskleistų nematomos visatos egzistavimą, kai jis negalėjo jos matyti ir išmatuoti? Teleskopas, kuriame įrengti jutikliai, galintys aptikti matomą ir infraraudonąją šviesą, prisijungs prie gerai žinomų James Webb kosminis teleskopas in Lagranžo taškas 2. Šiame regione 900 000 mylių (1,5 mln. km) nuo Žemėplanetos gravitacinės jėgos ir saulė lygus, išlaikant erdvėlaivį geostacionarioje padėtyje. Čia jis apsaugotas nuo akinimo žvaigždė centre Saulės sistemaEuklidas pažvelgs į visatos gelmes prieš 10 milijardų metų, kad nustatytų erdvės pasiskirstymą galaktikos Jis kirto trečdalį dangaus už mūsų rajono ribų paukščių takas galaktika. 660 milijonų dolerių vertės teleskopas užtruks daugiau nei šešerius metus, kol bus atlikta apklausa.
gravitacinis lęšis
Euklido vaizdai, kurie atrodys lygiai taip pat, kaip garsieji Hablo kosminio teleskopo vaizdai Gilaus lauko nuotraukosTai taip pat leis astronomams ištirti, kaip nematomos tamsiosios medžiagos gravitacija keičia galaktikų formas, kaip matoma tuose vaizduose.
„Jei turite labai didelę materijos masę, bet kokios rūšies materiją, nebūtinai tamsiąją medžiagą, ji sulenks šviesos spindulius“, – paaiškino Hookas. „O tai reiškia, kad viskas, kas yra už tokios medžiagos, atrodys iškreipta.”
Šios anomalijos, taip pat žinomos kaip gravitacinis lęšis Tačiau efektas yra menkas – iš tikrųjų per mažas, kad jį būtų galima tiksliai išmatuoti antžeminiais teleskopais dėl pritemdymo, kurį sukelia Žemės atmosfera.
„Poveikis labai mažas, mažesnis nei 1 proc.“, – Space.com sakė ESA Euklido projekto vadovas Giuseppe Racca. „Aptikti šį nedidelį efektą yra labai sunku. Turime būti labai tikslūs savo vaizdų kokybei ir išmatuoti daugybę galaktikų, kad galėtume ką nors padaryti.”
Naudodami gana sudėtingą matematiką, astronomai galės naudoti gravitacinių lęšių matavimus, kad apskaičiuotų tamsiosios medžiagos kiekį tarp Euklido ir kiekvienos iškraipančios galaktikos, todėl jie galės sukurti pirmąjį 3D tamsiosios materijos pasiskirstymo Visatoje žemėlapį.
Nors tamsioji medžiaga nebuvo tiesiogiai stebima, sakė Racha, mokslininkai yra gana tikri, kad ji egzistuoja.
„Tamsiosios medžiagos įrodymų yra tiek daug, kad visiškai mažai tikėtina, kad Euklidas gravitaciniu lęšiu galėtų rasti įrodymų, kad jos nėra“, – sakė Racha. „Manau, kad tamsioji medžiaga turi egzistuoti, nes tiesiog nėra pakankamai normalios medžiagos augti [galaxy] Struktūros, kad jos susijungtų tokios, kokios yra“.
Mesk iššūkį Einšteino reliatyvumo teorijai
Kita vertus, tamsiosios energijos egzistavimas yra neaiškus ir būtent šioje srityje Euklido mokslininkai tikisi didžiausių netikėtumų. Ant kortos gresia galutinis garsiosios ir plačiai pripažintos Alberto Einšteino reliatyvumo teorijos patvirtinimas, teigiantis, kad ji aprėpia tai, kas turėtų būti universalios visos materijos ir energijos elgesio visatoje taisyklės.
„Gali būti, kad bendrasis reliatyvumas iš tikrųjų neveikia kosmologiniu mastu, todėl tamsioji energija nereikalinga“, – sakė Racha. „Dabar mums reikia tamsiosios energijos, jei darysime prielaidą, kad bendroji reliatyvumo teorija veikia. Tamsiosios energijos nereikia kosminių struktūrų vystymuisi, žvaigždžių ir galaktikų augimui.”
Daugybė eksperimentų ir stebėjimų, atliktų mažesniais atstumais, bėgant metams patvirtino bendrąjį reliatyvumą. Raca teigimu, jei Euklido matavimai suabejotų šia teorija, tai būtų „absoliutus atradimas“.
Senoviniai garso bangų pirštų atspaudai
Astronomai nori rasti tamsiosios energijos įrodymų galaktikų ir galaktikų grupių pasiskirstyme erdvėje. Jie mano, kad šis pasiskirstymas nėra atsitiktinis, o garso bangų, kurios atsimušė aplink senovės visatą praėjus maždaug 3 milijardams metų po Didžiojo sprogimo, atspindys.
Pasak Hooke’o, po šių garso bangų atsirado tankesnių dujų regionai, kurie vėliau sukėlė galaktikas. Astronomai gali stebėti šiuos modelius Kosminis mikrobangų fonaskurios yra pirmosios šviesos, pasklidusios besikuriančioje visatoje praėjus šimtams tūkstančių metų po didysis sprogimas Ją galima atrasti ir šiandien.
„Kosminės mikrobangų krosnelės fone matome šį modelį tokį, koks jis pasirodė labai anksti“, – sakė Hookas. „Naudodami Euklidą, galėsime išmatuoti jį arčiau mūsų dabar, atsižvelgiant į galaktikų modelį danguje. Pamatysime šį įspaudą toje skalėje, kurioje galaktikos mėgsta telktis, jų pageidaujamu atstumo atstumu.”
Palyginę senovinius pirštų atspaudus su naujausiais, mokslininkai galės pamatyti, kiek visata išsiplėtė nuo pirmųjų dienų ir kokį vaidmenį šiame procese galėjo atlikti tamsioji energija.
„Kadangi tamsioji energija stumia visatą, jei būtų daug tamsiosios energijos, mes ją matytume daug didesniu mastu, nei matytume kitu atveju“, – sakė Hookas.
Nors pirmieji Euklido vaizdai į visatą gali būti atskleisti po kelių mėnesių, prireiks metų, kol teleskopas surinks pakankamai duomenų, kad būtų galima atsakyti į didelius klausimus.
„Gali praeiti metai, kol bus paskelbta kažkas naujo“, – sakė Hookas.
Ji pridūrė, kad šiuo metu visi modeliai rodo, kad tamsioji energija yra pastovi ir tolygiai plinta visoje visatoje. Tačiau kai kurie įrodymai rodo, kad viskas gali būti ne taip paprasta. Atrodo, kad Hablo konstanta, apibūdinanti Visatos plėtimosi greitį, beveik matomoje visatoje nėra tokia pati kaip ankstyvojoje visatoje, o tai gali būti ženklas, kad kažkas gali būti ne taip su kosmologijos modeliais.
„Gal sulauksime staigmenos“, – pasakė Hukas. – Nekantrauju sužinoti.
„Analitikas. Kūrėjas. Zombių fanatikas. Aistringas kelionių narkomanas. Popkultūros ekspertas. Alkoholio gerbėjas”.
