• Thursday June 27,2019

Vaš vodič za 7 sloja u sjeni svemira

Anonim

Nedostaje petsto svemira. Ta izjava osjeća se čudno napisati, i siguran sam da je i prilično čudno čitati. S obzirom na prostranstvo kozmosa - i s obzirom na to koliko je malo toga ljudi istraživao - kako možemo znati sigurno da je sve izvan mjesta? Tvrdnja zvuči pozitivno arogantna, ako ne i delusionalna.

Pa ipak, znanstvenici su okupili gotovo nepropusan slučaj da većina materije u svemiru sastoji se od tamne tvari, supstancije koja je inherentno nevidljiva i temeljno različita u sastavu od poznatih atoma koji čine zvijezde i planete. Suočeni s zapanjujućim poteškoćama, istraživači kao što su Samuel Ting iz MIT-a čak su napredovali u otkrivanju onoga što je tamna materija, kao dokaza zadirući naslove iz prošlog tjedna. Vrijeme je, dakle, s novom stvarnosti o našem mjestu u svemiru. Evo sedam ključnih stvari koje svaki poznati građanin svemira treba znati.

1 Tamna tvar je stvarna. Dokazi za tamnu tvar idu sve do natpisa koji je 1933. godine objavio vizionarski švicarski astronom Fritz Zwicky - manje od desetljeća nakon što je Edwin Hubble definitivno dokazao postojanje drugih galaksija. Zwicky je primijetio da se galaksije u klasterima kreću tako brzo da klasteri trebaju leti, a ipak klasteri ostaju netaknuti. Zaključio je da mora postojati Dunkle Materie (tamna tvar) raspršena kroz klastere, pružajući izvanredno gravitacijsko povlačenje koje drži sve zajedno. U to doba, većina Zwickyjevih kolega smatra da su dokazi previše probavljivi, a ideja previše čudna, da vjeruje. 1970-ih, američki astronom Vera Rubin promijenio je svoje umove s istim vrstama promatranja provedenih u mnogo većem detalju. Otkrila je da se galaksije sustavno okreću tako brzo da moraju letjeti, osim ako ih ne vezuje tamna materija - ili ako naše razumijevanje zakona o gravitaciji nije u redu. U novije vrijeme astrofizici su pokrenuli razrađene računalne modele kako nastaju galaksije. Ovi modeli lijepo se uklapaju u promatranu strukturu svemira, ali samo ako uključuju njihove tamne tvari u njihove jednadžbe.

Dvije druge linije dokaza snažno podupiru tamnu materiju. Jedan dolazi od promatranja gravitacijskih leća, savijanja svjetlosti zbog gravitacije. Astronomi mogu napraviti grube karte gdje je ta materija u galaksijskim skupinama promatrajući kako izopačuju svjetlost udaljenijih galaksija. Ove karte ne samo da potvrđuju prisutnost ogromnih količina tamne tvari, već pokazuju i da se tamna tvar kreće neovisno od vrućeg plina u klasteru, nešto što alternativne teorije gravitacije ne mogu lako objasniti. Druga, potpuno neovisna linija dokaza proizlazi iz studija kozmičke pozadine mikrovalova, zračenja koja je preostala od Big Banga. Raspodjela tog zračenja na nebu vrlo je osjetljiva na točan sastav ranog svemira. Promatrani uzorak omogućuje vrlo precizno mjerenje kompozicije svemira, kao što sam nedavno opisao, u kojem tamna tvar prevagnosi od vidljive materije faktorom od 5, 5 do 1. Sve tri vrste promatranja ne samo da pokazuju dokaz o tamnoj materiji, već i pokazuju istu količinu tamne tvari. To je strašno uvjerljivo.

2. Tamna tvar može biti vidljiva.

ponekad. To zvuči kao proturječnost svega što sam upravo rekao, pa podnijeti sa mnom. Čini se da tamna tvar ne reagiraju sa svjetlom ili bilo kojim drugim oblikom elektromagnetskog zračenja (radio, x-zrake, itd.), Ali može biti u interakciji sa samim sobom. Jedna od vodećih teorija tamne materije drži da se sastoji od temeljnih čestica zvanih WIMP (slabe interakcije masivnih čestica) koje mogu uništiti jedni druge ako se dogode da se smack u međusobno. U golemom prostoru, čestice se ne skaču često, ali se to neizbježno događa povremeno. Ako se dva WIMP-ova međusobno ponište, mogu stvoriti vidljiva zračenja u obliku gama zraka; ili bi mogli dovesti do poznatijih vrsta čestica, kao što su elektroni i njihovi antimaterijski partneri, pozitroni.

Zapravo, dva pokusa na svemiru trenutno traže oba signala, a oba vide neke intrigantne znakove nečega čudnog događaja u dubini prostora. NASA-inog Fermi Gamma-Ray svemirskog teleskopa podigao je izuzetno slab, ali neobičan sjaj gama zračenja koji imaju vrlo specifičnu energiju: 130 giga-elektrona (GeV), ili oko 60 milijardi puta veću od energije vidljive svjetlosti. To izgleda jako poput sloma čestice tamne materije, ali Christoph Weniger s Max-Planck Instituta za fiziku upozorava da dokazi upravo sada "jednako dvosmislen kao što mogu biti". Dalji tragovi tamne tvari dolaze od Samuel Tinga i 2 milijarde dolara alfa magnetskog spektrometra, ili AMS, eksperiment na Međunarodnoj svemirskoj postaji. To je onaj koji je prošli tjedan upravo objavio naslove. ( New York Times : "Tantalizirajući novi tragovi u tajnama tamne materije".) AMS pokupila je tekući višak pozitrona sa svih strana neba, što je opet u skladu s prisutnošću tamne materije, ali još uvijek nije definitivno, Ostanite u tijeku za više rezultata; Ting kaže da će trebati "još nekoliko godina" prije nego što ima dovoljno podataka za sigurno rečeno.

3. Tamna tvar može se pojaviti ovdje na Zemlji. Teoretski, plivamo u tamnoj materiji cijelo vrijeme. Sada bi trebalo proći kroz vas. Budući da je tamna tvar tako nereaktivna, većina vremena se nastavlja i nitko ovdje nije pametniji za to. No, počevši od 1990-ih, nekoliko je izdržljivih (ili luđaka, ovisno o vašoj perspektivi) fizičari odlučili pokušati osjetiti čestice tamne tvari dok prolaze. Ideja je da u vrlo rijetkim slučajevima čestica tamne materije može udariti atom običnih materija, dajući mu udarac. To bi se moglo potencijalno otkriti kao toplinski signal: mala dozu topline. Nekoliko eksperimenata uz ove linije zahtijevalo je pokusno viđenje signala tamne tvari. Najcjenjeniji rezultati dolaze od detektora poznatog kao DAMA, kratko jednostavno za DArk MAtter. Iza jezgre istinskih vjernika, nitko ne smatra da su ti rezultati uvjerljivi. Novi eksperiment zvan LUX trebao bi pojasniti situaciju. "Osjetljivost je znatno bolja od prethodnih eksperimenata izravnog otkrivanja", obećava istraživač LUX principala Richard Gaitskell sa Sveučilišta Brown. U vrijeme kada LUX završi svoj prvi puni rad u 2015. godini bit će, nada se, "vrlo konačan eksperiment".

4. Možemo stvoriti vlastitu tamnu materiju. To je jedan od velikih ciljeva ambicioznog Large Hadron Collider-a: stvaranje tamne tvari u laboratoriju kako bi ga znanstvenici mogli proučavati. Temeljni koncept LHC-a je da će lupanje čestica u druge čestice tresti sve vrste stvari koje se ne pojavljuju u mirnoj i tihoj svakodnevnoj fizici. U biti, ogromne količine energije stvorene na LHC mogu se spontano pretvoriti u različite čestice (masa i energija su ekvivalentni - sjetite se e = mc²?). Tako su fizičari u LHC (vjerojatno) pronašli Higgs Boson. Ako WIMP-i imaju vrste masa koje teoretičari očekuju, LHC bi ih trebao stvoriti. Te čestice tamne tvari bit će teško pronaći, zbog njihove nedostižne prirode. Oni imaju tendenciju letjeti izravno iz detektora, nevidljivi, i tako bi se u početku pojavljivali kao energija koja nedostaje u LHC reakcijama: Još jedna sjena za progon. Ipak, ako su WIMP-ovi doista prisutni, lukavni istraživači i ogromna računala koja prosijavaju podatke iz LHC bi ih trebali moći pronaći kada se sudarač ponovno pokreće 2015.

5. Tamna tvar je potpuno drukčija od tamne energije. Godine 1998. dvije konkurentske ekipe kozmologa otkrile su da se ekspanzija svemira ubrzava. Sila koja stoji iza tog kozmičkog širenja danas je poznata kao "tamna energija", pojam koji je Michael Turner izradio na Sveučilištu u Chicagu kao namjerni (ponekad zbunjujući) kontrapunkt tamnoj materiji. Obje su tamne u smislu da su nevidljive, a obje su tamne u smislu da su tajanstvene. No, čini se da se tamna tvar sastoji od nekih vrsta čestica, a to izaziva gravitacijsku privlačnost koja sklapa stvari: povezuje galaksije i galaksije, a možda je pružila dodatnu atrakciju koja je omogućila da se te strukture na prvo mjesto formiraju, Tamna energija, s druge strane, još je manje razumljiva, ali čini se da je to energija koja je ugrađena u tkivo samog prostora i djeluje odbojnu silu - gotovo poput antigravita - preko iznimno velikih udaljenosti. Da bi dodali daljnju zbunjenost, tamna energija ima ekvivalentnu masu (ako se niste prisjetili svog e = mc² prije, pokušajte se sjetiti sada) i kada zbrojiš sve te mase, tamna energija je dominantna komponenta svemira.

6. Mračne stvari stvarno dominiraju. Na temelju najnovijih opažanja opservatorije Planck, svemir se sastoji od 68, 3 posto tamne energije, 26, 8 posto tamne materije i 4, 9 posto obične materije. Malo perspektive: Više od 95 posto svemira je tamno i u osnovi neprimjetno, većina svemira ne sastoji se od materije, a većina materije ne sastoji se od atoma poput onih koji tvore ti i mene. Osjećate li beznačajni?

Mračni svemir može imati svoj vlastiti život. Nekoliko godina unatrag, Savas Dimopoulos sa Sveučilišta Stanford pretpostavljao je da tamna tvar može formirati tamne atome koji stvaraju vlastitu tamnu kemiju. Neal Weiner iz NYU-a pokrenuo je misli kako hipotetički znanstvenik sačinjen od tamne materije može pronaći vidljivi svemir (koji bi naravno bio nevidljiv njemu ili njoj). Odgovor: To ne bi bilo lako. Nedavno je skupina fizičara Sveučilišta Harvard pod vodstvom JiJi Fan i Lisa Randall teorizirala da bi se neka tamna tvar mogla hladiti i urušiti upravo onako kako to čini obični vodikov vodik, što dovodi do mogućnosti tamnih galaksija, možda čak i tamnih zvijezda i tamnih planeta.

Trenutno nitko ne zna. Možda su te ideje samo letovi mašte, ali su fantazije koje su u skladu s onim što trenutno razumijemo o tome kako funkcionira svemir. Zapravo, podržava ih neka od najboljih raspoloživih tekućih promatranja. Douglas Finkbeiner, astrofizičar na Harvardu, uredno iznosi čuđenje i nesigurnost ovakvog istraživanja: "Svi bismo trebali ležati u krevetu i pitajući se što je tamna stvar."

Slijedite me na Twitteru : @coreyspowell


Zanimljivi Članci

Legende "Hobita"

Legende "Hobita"

Kao i mnogi ljudi, slijedim priče o hobitima Floresa, H. floresiensis, s nekim zanimanjem od 2004. I, kao i većina ljudi, nemam osobnu stručnost ili vještinu koja je relevantna za procjenu jesu li ove navodne vrste hominin je nova vrsta (za razliku od patološkog modernog čovjeka). Pa kako ćemo procijeniti novi PLOS ONE članak koji se spušta na stranu da je to nova vrsta? Prvo, m

Buldogs, inbreeding i korelirani odgovor

Buldogs, inbreeding i korelirani odgovor

Posljednji od španjolskih Habsburgovaca New York Times ima dugu stvar, može li se buldog spasiti? U velikoj mjeri riječ je o usporedbi s problemima s čistokrvnim psima. Domaći psi puno su više homozigotni od ljudi. To jest, za njihove dvije genetske kopije oni imaju veću vjerojatnost da pokazuju sličnost od ljudi. To je

Juno na putu prema Jupiteru!

Juno na putu prema Jupiteru!

Vožnja na plamenu vatre iz Atlas V rakete, misija NASA-e Juno pokrenula je u 16:25 UT (12:25 istočnoeuropski vremen) na putu prema Jupiteru. Juno će potrajati 5 godina da dođete do Jupitera, uzimajući 3 milijardu kilometarsku stazu. U listopadu 2013. ponovno će proći Zemlju, koristeći se gravitacijom Zemlje i njegovim gibanjem oko Sunca da ukrade malenu količinu naše energije i pomogne je prema vanjskom Sunčevom sustavu. Odavde će

Naše Sunce svibanj su se preselili iz njegovog galaktičkog rodnog mjesta

Naše Sunce svibanj su se preselili iz njegovog galaktičkog rodnog mjesta

Naše sunce, koje se nalazi 26.000 svjetlosnih godina od središta Mliječne staze, možda je rođeno u nekom drugom dijelu galaksije, a kasnije se doselilo na njegovu trenutnu poziciju, otprilike na pola puta prema vanjskom rubu galaksije. Nova studija prkosi konvencionalnoj mudrosti da zvijezde provode cijeli životni vijek u istoj galaktičkoj regiji, te dovodi u pitanje astronomska teorija da galaksije imaju određene fiksne "naseljive zone" u kojima se vjerojatnije evoluira život. "N

Twitterov najveći hitovi - i najveće Miss

Twitterov najveći hitovi - i najveće Miss

iStockphoto Kao niti jedna društvena medijska platforma od Facebooka, Twitter-a "microblogging " korisnici mogu koristiti za emitiranje 140-znakovnih poruka - uhvatili su fasciniranost svjetskih medija, javnosti, pa čak i rijetkog svijeta slavnih osoba. Iako je broj stvarnih Twittera relativno mali - oko 14 milijuna korisnika, u usporedbi s Facebookom 200 milijuna - rast tog mjesta je bio fenomenalan, a korisnici su u 2008.

Hoće li deklaracija Vatikana o globalnom zatopljenju utjecati na cjelokupnu raspravu o klimatskim promjenama?

Hoće li deklaracija Vatikana o globalnom zatopljenju utjecati na cjelokupnu raspravu o klimatskim promjenama?

Ovo je gostujući post dr. Jamie L. Vernona, znanstvenog istraživača HIV-a i nastojanja za politiku, koji se nedavno preselio u DC kako bi dobio okus akcije Papinska akademija znanosti, Vatikanski nezavisni znanstveni panel, proglasio je da se mora poduzeti globalna akcija o klimatskim promjenama kako bi se izbjegle "ozbiljne i potencijalno nepovratne posljedice globalnog zatopljenja uzrokovane antropogenim emisijama stakleničkih plinova. &q