Világegyetemünk hihetetlenül hatalmas, többnyire titokzatos és általában zavaró. Megkísértő kérdések vesznek körül minket a nagy és a kis skálán is. Bizonyára van néhány válasz, például a részecskefizika standard modelljéhez hasonlóan, amelyek segítenek nekünk (legalábbis a fizikusoknak) megérteni az alapvető szubatómiai kölcsönhatásokat, és a Nagyrobbanás elmélete arról, hogy miként kezdődött az univerzum, amely összekapcsolja a kozmikus történetet a múltban 13,8 milliárd év.
De a modellek sikere ellenére még sok tennivalónk van. Például, mi a sötét energia a világon az a név, amelyet a világegyetem megfigyelt gyorsított expanziójának hajtóerejére adunk? És a skála másik végén, hogy pontosan mit jelentenek a neutrínók, azok a kísérteties kis részecskék, amelyek zipozzák és nagyítják a kozmoszot anélkül, hogy alig interakciókkal működnének?
Első pillantásra ez a két kérdés radikálisan különbözik egymástól a méret és a természet szempontjából, és minden, ami feltételezhető, hogy meg kell válaszolnunk őket.
De előfordulhat, hogy egyetlen kísérlet mindkét kérdésre válaszokat tud felfedni. Az Európai Űrügynökség távcsövét a sötét világegyetem feltérképezésére állítják - tekintve vissza az idővel - körülbelül 10 milliárd évvel -, amikor a sötét energia feltehetően tomboló. Beásnunk.
Nagyra megy, és haza
A beásáshoz fel kell keresnünk. Utána. A mérgeken sokkal, sokkal nagyobb, mint a galaxisokon (milliárd fényévvel beszélünk itt, emberek), ahol világegyetemünk hatalmas, izzó pókhálóra hasonlít. Kivéve, hogy ez a pókháló nem selyemből, hanem galaxisokból készül. A sűrű, gyűrött csomópontokat összekötő galaxisok hosszú, vékony indázata. Ezek a csomópontok a klaszterek, a nyüzsgő galaxisvárosok és a forró, gazdag gázok - óriási, széles falai, több ezer galaxis felett. És ezek között a világegyetem térfogatának legnagyobb részét elfoglaló struktúrák között vannak a nagy kozmikus üregek, égi sivatagok, amelyek semmivel semmi sem tele vannak.
Kozmikus hálónak hívják, és ez a legnagyobb dolog az univerzumban.
Ezt a kozmikus hálót lassan építették fel több milliárd év alatt a természet leggyengébb erője: a gravitáció. Visszatekintve, amikor az univerzum a jelenlegi méretének legkisebb része volt, szinte tökéletesen egyenletes volt. De a "szinte" fontos itt: apró sűrűségbeli eltérések voltak foltonként a helyszínen, az univerzum egyes sarkai az átlagnál kissé zsúfoltabbak, mások kissé kevésbé voltak.
Az idő múlásával a gravitáció csodálatos dolgokat hozhat. Kozmikus webünk esetében az átlagnál kissé sűrűbb régiók gravitációja kissé erősebb volt, vonzza a környéküket, ami még vonzóbbá tette azokat a csomókat, amelyek több szomszédságot vonzottak, és így tovább, és hamar.
Haladja tovább ezt a folyamatot milliárd év alatt, és megnövelte saját kozmikus webjét.
Egyetemes recept
Ez az általános kép: Ahhoz, hogy kozmikus webet készítsenek, szükséged van néhány cuccra és gravitációra. De ahol ez igazán érdekes, a részletekben van, különösen a dolgok részleteiben.
Különböző típusú anyagok összepattannak és struktúrákat alkotnak eltérően. Bizonyos típusú anyagok beleakadhatnak magukba, vagy el kell távolítaniuk a felesleges hőt, mielőtt összezsugorodnának, míg mások könnyen csatlakozhatnak a legközelebbi párthoz. Bizonyos anyagtípusok lassan mozognak ahhoz, hogy a gravitáció hatékonyan tudja elvégezni a munkáját, míg más típusú anyagok annyira flotta és mozgékonyak, hogy a gravitáció alig tudja megkapni gyenge kezét.
Röviden: ha megváltoztatja az univerzum alkotóelemeit, különféle megjelenésű kozmikus hálókat kap. Az egyik forgatókönyv szerint gazdagabb klaszterek és kevesebb üres üregek lehetnek, szemben egy másik forgatókönyvvel, amelyben az üregek teljesen uralják a kozmosz történetének korai szakaszában, és klaszterek egyáltalán nem alakulnak ki.
Az egyik különösen érdekes összetevő a neutrinó, a fentebb említett kísérteties részecske. Mivel a neutrinó olyan könnyű, szinte a fénysebességgel halad. Ennek az a hatása, hogy "kiegyenlíti" az univerzum struktúráit: A gravitáció egyszerűen nem tudja elvégezni a munkáját, és a neutrinókat kompakt kis golyókba húzza. Tehát, ha túl sok neutrino-t ad az univerzumhoz, akkor az olyan dolgok, mint például a teljes galaxisok, nem képesek kialakulni a korai világegyetemben.
Apró problémák, nagy megoldások
Ez azt jelenti, hogy maga a kozmikus web is hatalmas fizikai laboratóriumként használható a neutrinók tanulmányozására. Ha megvizsgáljuk a szövedék szerkezetét, és bontjuk különféle részeire (klaszterekre, üregekre és így tovább), meglepően közvetlen kezünket kaphatunk a neutrinókon.
Csak egy niggling probléma van: a neutrinek nem az egyetlen összetevő az univerzumban. Az egyik legfontosabb zavaró tényező a sötét energia jelenléte, a titokzatos erő, amely széttépte az univerzumunkat. És amint valószínűleg gyanította, ez jelentős hatással van a kozmikus hálóra. Végül is nehéz nehéz nagy struktúrákat építeni egy gyorsan bővülő univerzumban. És ha csak a kozmikus web egyik részét nézi (mondjuk például a galaxis klasztereit), akkor lehet, hogy nincs elegendő információ ahhoz, hogy megmondja a különbséget a neutrinohatások és a sötét energiahatások között - ezek mindegyike akadályozza a " dolog."
Egy nemrégiben az arXiv előzetes folyóiratban online publikált cikkben a csillagászok elmagyarázták, hogy a közelgő galaxis-felmérések, mint például az Európai Űrügynökség Euclid missziója, segítik mind a neutrino, mind a sötét energia tulajdonságainak feltárását. Az Euclid műholdas a galaxisok millióinak helyét fogja feltérképezni, és a kozmikus web nagyon széles képet festenek. És ebben a struktúrában fekszik utalások univerzumunk történetére, a múltra, amely az összetevőitől függ, mint például a neutrinók és a sötét energia.
Ha a világegyetem sűrűbb, legforgalmasabb helyeit (a galaxis klasztereit) és a kozmoszban lévő legtávolabbi, ürített helyeket (az üregeket) kombinációjával vizsgáljuk, akkor választ kaphatunk a sötét energia mind a természetére (amely egy korszakot hírnevez) vadonatúj fizikai ismeretek) és a neutrinók természete (amelyek pontosan ugyanazt fogják tenni). Megtudhatjuk például, hogy a sötét energia egyre rosszabbá válik, egyre jobb, vagy talán éppen csak ugyanaz. És megtudhatjuk, hogy masszív neutrinók vannak, vagy hányan repülnek az univerzum körül. De nem számít, nehéz megmondani, mit fogunk elérni, amíg ténylegesen meg nem nézzük.
Paul M. Sutter asztrofizikus a Az Ohio Állami Egyetem, házigazda Kérdezz egy űrhajóstól és Space Radio, és a Helyed az univerzumban.
