Don Lincoln az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Fermilab, az ország legnagyobb nagy hadroncsatorna-összeütköző kutatóintézetének vezető tudósa. Azt is írja a közvélemény tudományáról, ideértve a legutóbbi "A nagy hadron ütköző: A Higgs Boson rendkívüli története és más dolgok, amelyek elfújják az elmédet"(Johns Hopkins University Press, 2014). Követheti őtFacebook. Lincoln közölte ezt a cikket a Live Science-benSzakértői hangok: Op-Ed és betekintés.
Mindaddig, amíg nyilvántartást vezetünk, az emberiség csodálkozott az éjszakai égbolton. Az ég felé néztünk, hogy meghatározzuk az istenek akaratát, és csodálkozzunk mindezek értelmében. Az a pusztán 5000 csillag, amelyet szabad szemmel láthatunk, már évezredek óta az emberiség társa.
A modern csillagászati létesítmények megmutatták nekünk, hogy az univerzum nem csupán csillagok ezreiből áll - csupán száz milliárd csillagból áll, csak galaxisunkban, milliárd galaxisokkal. Az obszervatóriumok megtanították nekünk az univerzum születéséről és fejlődéséről. És augusztus 3-án egy új létesítmény első érdemi bejelentést tett, és hozzátette a kozmosz megértéséhez. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy láthassuk az elérhetőt, és megmutatta, hogy az anyag eloszlása a világegyetemben kissé különbözik a várakozásokatól.
A sötét energia felmérése (DES) mintegy 400 tudós közreműködése, akik ötéves küldetést indítottak távoli galaxisok tanulmányozása céljából, hogy válaszolhassanak a világegyetem történetével kapcsolatos kérdésekre. A sötét energiakamerát (DEC) használja, amely a Victor M. Blanco 4 méteres teleszkópjához csatlakozik a Cerro Tololo-amerikai Inter-amerikai Megfigyelőközpontban, a chilei Andokban. A DEC-t az amerikai egyesült államokbeli Fermilab-ban, az illinoisi Batavia közelében állították össze, és ez egy 570 megapixeles kamera olyan távoli galaxisok képét képezi, hogy fényük egymilliószor olyan fényes, mint a legtisztább látható csillagok.
Sötét energia és sötét anyag
A DES sötét energiát keres, amely az univerzumban javasolt energiamező, amely a gravitáció visszataszító formája. Míg a gravitáció ellenállhatatlan vonzerőt gyakorol, addig a sötét energia az univerzumot növekvő sebességgel tolja el. Ennek hatását először 1998-ban figyelték meg, és még mindig sok kérdés merül fel annak természetével kapcsolatban.
A 300 millió galaxis helyének és távolságának a déli éjszakai égbolton történő megmérésével a felmérés fontos állításokat fog adni egy másik csillagászati rejtélyről, a sötét anyagnak. Úgy gondolják, hogy a sötét anyag ötször gyakoribb az univerzumban, mint a rendes anyag. Ennek ellenére nem lép kölcsönhatásba fény, rádióhullámok vagy bármilyen formában az elektromágneses energiával. És úgy tűnik, hogy nem halmozódik fel olyan nagy testek kialakítására, mint a bolygók és a csillagok.
A sötét anyagot (így a nevét) sem láthatjuk közvetlenül. Ennek hatásai azonban közvetetten láthatók, ha elemezzük a galaxisok forgási sebességét. Ha kiszámítja a galaxisok látható tömege által támogatott fordulatszámot, rájössz, hogy ezek gyorsabban forognak, mint amennyire kellene. Minden jog szerint ezeket a galaxiseket elválasztani kell. Évtizedek kutatása után a csillagászok arra a következtetésre jutottak, hogy minden galaxis sötét anyagot tartalmaz, ami létrehozza azt a további gravitációt, amely a galaxisokat együtt tartja.
Sötét anyag az univerzumban
Az univerzum sokkal nagyobb léptékében azonban az egyes galaxisok tanulmányozása nem elegendő. Másik megközelítésre van szükség. Ehhez a csillagászoknak gravitációs lencsének nevezett technikát kell alkalmazniuk.
A gravitációs lencséket 1916-ban Albert Einstein jósolta, és Sir Arthur Eddington 1919-ben figyelte meg először. Einstein általános relativitáselméletének elmondása szerint a tapasztalt gravitációt valójában a tér-idő görbülete okozza. Mivel a fény egyenes vonalban halad át a térben, ha a tér-idő ívelt, úgy néz ki egy megfigyelő felé, mintha a fény egy íves utat hajtana át a térben.
Ezt a jelenséget felhasználhatjuk a sötét anyag mennyiségének és eloszlásának az univerzumban történő tanulmányozására. A távoli galaxist (úgynevezett lencse-galaxist) kísérő tudósok, amelyek mögött még egy másik galaxis található (úgynevezett megfigyelt galaxis), torz képet láthatnak a megfigyelt galaxisról. A torzítás a lencse galaxis tömegéhez kapcsolódik. Mivel a lencse galaxis tömege a látható anyag és a sötét anyag kombinációja, a gravitációs lencsék lehetővé teszik a tudósok számára, hogy közvetlenül megfigyeljék a sötét anyag létezését és eloszlását olyan nagy skálán, mint maga az univerzum. Ez a technika akkor is működik, amikor egy nagy előtérbeli galaxiscsoport eltorzítja a még távolabbi galaxisok klasztereinek képeit, ez a módszer a méréshez.
Lumpy vagy sem?
A DES együttműködés nemrégiben adott ki egy elemzést, pontosan ezt a technikát használva. A csapat 26 millió galaxis mintáját nézett meg, a földtől négy különböző távolságra. A közelebb lévő galaxisok lencsékkel távolabb helyezkedtek el. Ennek a módszernek a használatával és az összes galaxis képének torzulásával körültekintően megvizsgálva képesek voltak feltérképezni a láthatatlan sötét anyag eloszlását és azt, hogy az hogyan mozog és összegyűlött az elmúlt 7 milliárd évben, vagyis a teljes élettartama felében. világegyetem.
A várakozások szerint úgy találták, hogy az univerzum sötét anyaga "pontyos". Meglepetés volt azonban - kicsit kevésbé csomós, mint ahogy a korábbi mérések előre jelezték.
Az egyik ellentmondásos mérés a régiekből származó rádiójelekből származik, legkorábban a Nagyrobbanás után, amelyet kozmikus mikrohullámú háttérnek (CMB) hívnak. A CMB tartalmazza az energia eloszlását a kozmoszban, amikor 380 000 éves volt. 1998-ban a Cosmic Background Explorer (COBE) együttműködés bejelentette, hogy a CMB nem volt tökéletesen egységes, hanem meleg és hideg foltokkal rendelkezik, amelyek egyenleteiben 1 000-ből 1 000-nél különböztek. A Wilkinson mikrohullámú anizotrópiás szonda (WMAP) és a Planck műholdak megerősítették és finomították a COBE méréseket.
A CMB kibocsátása és a DES által vizsgált idõszak között eltelt 7 milliárd év alatt az univerzum melegebb régiói vetítették be a kozmosz szerkezetének kialakulását. A CMB-ben elfoglalt nem egységes energiaeloszlás a gravitációs erõvel együtt egyes foltok az univerzumban sűrûbbé váltak, mások kevésbé. Az eredmény a világegyetem, amelyet körülöttünk látunk.
A CMB egy egyszerű okból megjósolja a sötét anyag eloszlását: Az anyag eloszlása a jelen világegyetemünkben a múltbeli eloszlásától függ. Végül is, ha a múltban létezett anyagcsomó, akkor az anyag vonzza a közeli anyagot, és a csomó növekedni fog. Hasonlóképpen, ha a távoli jövőbe terveznénk, akkor az anyag megoszlása ugyanezen okból befolyásolja a holnap jövőjét is.
Tehát a tudósok a CMB méréseit a nagy robbanás után 380 000 év elteltével kiszámították, hogy nézze meg az univerzum 7 milliárd évvel később. Amikor összehasonlították az előrejelzéseket a DES-ből származó mérésekkel, úgy találták, hogy a DES-mérések valamivel kevésbé csomósak, mint az előrejelzések.
Hiányos kép
Nagy ügy? Talán. A két mérés bizonytalansága vagy hibája elég nagy, hogy azt jelenti, hogy statisztikailag szignifikánsan nem értenek egyet. Ez egyszerűen azt jelenti, hogy senki sem lehet biztos abban, hogy a két mérés valóban nem egyezik egymással. Lehet, hogy az eltérések véletlenszerűen merülnek fel az adatok statisztikai ingadozásaiból vagy a nem figyelembe vett kis instrumentális hatásokból.
Még a tanulmány szerzői is óvatosságot javasolnak itt. A DES-méréseket még nem vizsgálták meg szakmailag. A dokumentumokat közzétették és az eredményeket konferenciákon mutatták be, de a határozott következtetéseknek meg kell várniuk, amíg a bírói jelentések be nem érkeznek.
Szóval, mi a jövő? A DES ötéves küldetése, amelyből négy évnyi adatot rögzítettek. A nemrégiben bejelentett eredmény csak az első év adatait használja fel. A legfrissebb adatokat még elemzik. Ezenkívül a teljes adatkészlet 5000 négyzetfokos égboltot fog lefedni, míg a legfrissebb eredmények csak 1500 négyzetfokot fednek le, és az időben hátralevő utaknak csak a fele. A történet tehát nyilvánvalóan nem teljes. A teljes adatkészlet elemzése várhatóan 2020-ig várható.
Ugyanakkor a ma gyűjtött adatok már azt is jelenthetik, hogy lehetséges feszültség van az univerzum fejlődésének megértésében. És még akkor is, ha ez a feszültség eltűnik, mivel több adatot elemezünk, a DES együttműködés folytatja más mérések elvégzését. Ne feledje, hogy a névben a "DE" betűk a sötét energiát jelentik. Ez a csoport végül képes valamit elmondani a sötét energia múltbeli viselkedéséről és arról, amit a jövőben várhatunk. Ez a közelmúltbeli mérés csak a kezdete annak, ami várhatóan tudományos szempontból izgalmas idő lesz.
A cikknek ez a verziója eredetileg a Live Science oldalon jelent meg.
