Universul nostru este incredibil de vast, în mare parte misterios și, în general, confuz. Suntem înconjurați de întrebări nedumerite pe scară atât de mare cât și de mică. Avem, cu siguranță, câteva răspunsuri, cum ar fi Modelul standard al fizicii particulelor, care ne ajută (fizicienii, cel puțin) să înțelegem interacțiunile subatomice fundamentale și teoria Big Bang despre cum a început universul, care țesă împreună o poveste cosmică în trecut 13,8 miliarde de ani.
Dar, în ciuda succeselor acestor modele, avem încă multe de făcut. De exemplu, ceea ce în lume este energia întunecată, numele pe care îl dăm forței motrice din spatele expansiunii accelerate observate a universului? Și la capătul opus al scării, care sunt exact neutrinii, acele mici particule fantomate care se închid și măresc prin cosmos, fără să interacționeze cu nimic?
La prima vedere, aceste două întrebări par atât de radical diferite în ceea ce privește scala și natura și, bine, tot ceea ce am putea presupune că trebuie să le răspundem.
Dar s-ar putea ca un singur experiment să dezvăluie răspunsuri la ambele. Un telescop al Agenției Spațiale Europene este setat să mapeze universul întunecat - arătând înapoi în timp, aproximativ 10 miliarde de ani, când se crede că energia întunecată a făcut furie. Să săpat.
Du-te mare și du-te acasă
Pentru a săpa, trebuie să privim. Calea sus. La solzi mult, mult mai mari decât galaxiile (vorbim de miliarde de ani-lumină aici, oameni buni), unde universul nostru seamănă cu o vastă pânză de păianjen strălucitoare. Cu excepția, această pânză de păianjen nu este din mătase, ci din galaxii. Tendinele lungi și subțiri ale galaxiilor care leagă nodurile dense și aglomerate. Aceste noduri sunt aglomerațiile, orașele aglomerate de galaxii și gazele fierbinți, bogate - ziduri enorme, largi, de mii și mii de galaxii. Iar între aceste structuri, care ocupă cea mai mare parte a volumului din univers, se află marile goluri cosmice, deșerturi cerești umplute cu nimic deloc.
Se numește web cosmic și este cel mai mare lucru din univers.
Această rețea cosmică a fost construită lent de-a lungul a miliarde de ani de cea mai slabă forță din natură: gravitația. Înapoi când universul era cea mai mică fracție a dimensiunii sale actuale, era aproape perfect uniform. Dar „aproape” este important aici: au existat mici variații de densitate de la loc la loc, unele colțuri ale universului fiind puțin mai aglomerate decât media, iar altele puțin mai puțin.
Cu timpul, gravitația poate face lucruri uimitoare. În cazul rețelei noastre cosmice, acele regiuni dense puțin mai mari decât media aveau o gravitate care era puțin mai puternică, atrăgându-și împrejurimile spre ele, ceea ce a făcut ca acele aglomerații să fie și mai atractive, ceea ce a atras mai mulți vecini, etc. curând.
Înaintați rapid acest proces cu un miliard de ani și v-ați dezvoltat propriul dvs. site cosmic.
O reteta universala
Aceasta este imaginea generală: Pentru a crea o rețea cosmică, aveți nevoie de niște „chestii” și aveți nevoie de o gravitate. Dar unde devine cu adevărat interesant este în detalii, în special în detaliile lucrurilor.
Diferite tipuri de materie se vor aglomera și vor forma structuri diferit. Unele tipuri de materie s-ar putea să se încurce singure sau să fie nevoie să înlăture excesul de căldură înainte de a se putea congela, în timp ce altele s-ar putea alătura cu ușurință celei mai apropiate petreceri. Anumite tipuri de materie se mișcă suficient de încet încât gravitația își poate efectua munca eficient, în timp ce alte tipuri de materie sunt atât de flote și de agale încât gravitația abia își poate pune mâna pe ea.
Pe scurt, dacă schimbi ingredientele universului, obții pânze cosmice cu aspect diferit. Într-un scenariu, ar putea exista mai multe clustere bogate și mai puține goluri în comparație cu un alt scenariu, în care golurile domină total timpuriu în istoria cosmosului, fără a se forma deloc clustere.
Un ingredient deosebit de interesant este neutrino, particula fantomă menționată mai sus. Din moment ce neutrino este atât de ușor, călătorește aproape la viteza luminii. Acest lucru are ca efect „netezirea” structurilor din univers: Gravitatea pur și simplu nu își poate face treaba și poate trage neutrinii în bile mici compacte. Deci, dacă adăugați prea mulți neutrini în univers, lucruri precum galaxii întregi ajung să nu se poată forma în universul timpuriu.
Probleme mici, soluții mari
Aceasta înseamnă că putem folosi pânza cosmică însăși ca un laborator uriaș de fizică pentru a studia neutrinii. Examinând structura web și împărțind-o în diferitele sale părți (clustere, goluri și așa mai departe), putem obține un mâner surprinzător de direct asupra neutrinilor.
Există doar o singură problemă: Neutrinii nu sunt singurul ingredient din univers. Un factor major de confuzie este prezența energiei întunecate, forța misterioasă care ne distruge universul. Și așa cum ați putea suspecta, acest lucru afectează webul cosmic într-un mod major. Este cam greu să construiești structuri mari într-un univers în expansiune rapidă, până la urmă. Și dacă te uiți doar la o parte a pânzei cosmice (să zicem, de exemplu, grupurile de galaxii), atunci este posibil să nu ai suficiente informații pentru a spune diferența dintre efectele neutrino și efectele de energie întunecată - ambele împiedicând aglomerația de " chestie."
Într-o lucrare recentă publicată online în presa de presă arXiv, astronomii au explicat cum sondajele viitoare asupra galaxiilor, cum ar fi misiunea Euclid a Agenției Spațiale Europene, vor ajuta la descoperirea proprietăților energetice neutrine și întunecate. Satelitul Euclid va cartografia locațiile a milioane de galaxii, pictând un portret foarte larg al pânzei cosmice. Iar în cadrul acestei structuri se află indicii asupra istoriei universului nostru, un trecut care depinde de ingredientele sale, precum neutrinii și energia întunecată.
Analizând o combinație dintre cele mai dense și ocupate locuri din univers (grupurile de galaxii) și cele mai singure și mai goale locuri din cosmos (golurile), am putea primi răspunsuri atât la natura energiei întunecate (care va vesti o eră a cunoștințelor de fizică complet noi) și natura neutrinilor (care vor face exact același lucru). Am putea învăța, de exemplu, că energia întunecată se înrăutățește, sau se îmbunătățește, sau poate chiar este aceeași. Și am putea afla cât de masivi sunt neutrinii sau câți dintre ei plutesc în jurul universului. Dar, indiferent de situație, este greu de spus ce vom obține până când vom arăta de fapt.
Paul M. Sutter este astrofizician la Universitatea de Stat din Ohio, gazda Întrebați un Spaceman și Radio spațială, și autorul Locul tău în Univers.
