Астрономите картографират тъмната материя косвено, чрез нейното гравитационно дърпане върху други обекти.
Пол М. Сътър е астрофизик в Държавният университет в Охайо, домакин на Попитайте Космонавт и Космическо радиои автор на „Вашето място във Вселената.„Sutter допринесе за тази статия Гласовете на експертите на Space.com: Op-Ed & Insights.
Съвременното изследване на цялата вселена, отрасъл на науката, известен като космология, дължи сегашния си статус на много забележителни фигури, които се връщат в продължение на близо век на посветени, трудно спечелени изследвания.
Някои от тези имена може да са познати: Алберт Айнщайн, Едвин Хъбъл, Вера Рубин и др. Но наскоро комитетът за Нобеловата награда призна приноса на име, което може да не познаете, Джим Пийбълс и му даде половината от наградата за физика за 2019 г., "за принос към нашето разбиране за еволюцията на Вселената и мястото на Земята в Космоса."
Достатъчно е да се каже, че космологията не би била там, където е днес, без усилията на Джим Пийбълс. Едно е да заявим Модел с голям взрив в простотата на фланелката с тениска (например, „Вселената беше по-малка и по-гореща, а сега не е“), но е съвсем различно нещо да се превърне това в прецизна математическа формулировка, способна да прави прогнози за сравнение с наблюдения. Честно е да се каже, че Пийбълс помогна за трансформирането на космологията от „чиста и като цяло правилна идея“ в „област на реалната наука“. Нека проучим три основни пътища, където неговите прозрения са ни насочили:
Космическият микровълнов фон
Ако ранната Вселена е била по-малка, отколкото е днес, тогава тя също трябва да е била по-гореща и по-плътна. И след като приемете тази реалност, бързо осъзнавате, че в някакъв момент от далечното минало, Вселената сигурно е била толкова гъста и толкова гореща, че съществува в съвсем различно състояние на материята.
Преди повече от 13 милиарда години, когато Вселената е била около една милионна част от днешния си обем, всички неща в Космоса са били толкова изгладени заедно, че е била плазма, състояние на материята, при което електроните се изтръгват от атомите и са свободни да обикалят сами. Тогава Вселената беше доста интензивна.
Но след това старееше, ставаше по-голямо и ставаше по-студено. И на определена възраст температурите и налягането паднаха под критичен праг и електроните бяха в състояние да се прикрепят към атомите, без веднага да бъдат свалени. В светкавица Вселената стана прозрачна за излъчване и тази светлина - буквално бяла-гореща в момента на нейното освобождаване - се запазва и до ден днешен, пропивайки космоса.
Но днес тази светлина е загубила много пара и замразява само няколко градуса над абсолютната нула, здраво в микровълновата лента. Това "космически микровълнов фон"е открит случайно от двойка микровълнови физици през 1964 г., но непознатата за тях група теоретици, включително Peebles, вече са предвидили съществуването му. Микровълновите физици спечелиха Нобела през 1978 г., но никога не е късно Нобеловият комитет да признае теоретици също.
Тъмна материя
През 70-те години астроном Вера Рубин откри нещо забавно, което се случва с галактиките: звездите вътре в тях се движиха около орбита твърде бързо. Всъщност толкова бързо, че галактиките трябваше да са се разделили преди милиарди години. Но там бяха, щастливи като миди.
Какво ставаше? Не разбрахме ли нещо за природата на гравитацията при големи мащаби като галактики? Или Вселената имаше допълнителна съставка, която беше скрита за нас до наблюденията на Рубин?
Някои астрономи, включително и самия Рубин, смятаха, че трябва да оправим законите на физиката, за да оправим нещата. Но други, включително Пийбълс, смятаха, че има повече галактика, отколкото среща окото. Той беше един от най-ранните привърженици на това, което сега наричаме „студена тъмна материя“ - нова форма на материя, която не взаимодейства със светлината (и следователно не взаимодейства с нищо друго, освен чрез гравитацията). Сега знаем това тъмна материя насища Вселената, преплувайки нормалната материя поне в съотношение 5: 1.
Пийбълс и сътрудници направиха работата по проучването какво ще означава тази нова хипотеза от гледна точка на поведението на галактиката и предоставиха полезни тестове на наблюдателите за насочване и измерване.
Днес, докато все още не разбираме напълно тъмната материя - и тепърва ще установяваме нейната точна идентичност - доказателствата са дошли от множество ъгли, включително фини отпечатъци в самия космически микровълнов фон, че тъмната материя е основна съставка на нашата вселена.
Космическа структура
Но Пийбълс не спря с най-ранните моменти на Големия взрив или мистериозни и невидими компоненти за нашата Вселена. Peebles отиде голям - много голям.
Виждаме във Вселената около нас всевъзможни различни видове галактики във всевъзможни фантастични подредби. Някои галактики са свързани заедно в гигантски клъстери, докато други са самотни. Някои са огромни и хлътнали, а други са малки и едва забележими. И когато намаляваме мащаба до най-големите мащаби, виждаме огромна "космическа мрежа, "най-големият модел, открит в природата, структура, която се простира от единия край на видимата вселена до другия.
Космическата мрежа е изградена от галактики и както подсказва името, прилича на космическа паяжина.
Как че да се случи?
Пийбълс и неговите приятели довели до обяснението на произхода на космическата мрежа, установявайки, че структурите в нашата Вселена растат бавно с времето, изграждайки се от по-малки бита до по-големи бита с всеки изминал еон.
Те откриха как да търсят намеци за структурата на семената в космическия микровълнов фон, видими като малки промени в температурата, не по-големи от 1 част от 100 000. Тези вариации са били местата на първите басейни с малко по-висока от средната плътност, където повече материя (особено тъмна материя!) Ще тече в течение на милиони години.
В крайна сметка тези малки самородки ще се превърнат в галактики, а някои галактики се обединяват и образуват струпвания от галактики. И тъй като всички тези неща, използвани за изграждането на тези големи структури, трябваше да идват отнякъде, огромни празни региони се отваряха и разширяваха. Това станаха пропуските в космическата паяжина, известни като празнини.
През десетилетията Джим Пийбълс е написал стотици документи и си сътрудничи със стотици астрономи, астрофизици, физици и космолози и той беше критичен играч в рисуването на портрета на Вселената, който сега разбираме.
- Нобелова награда по физика: 1901-настояще
- Тъмната материя и тъмната енергия: Обяснената мистерия (Инфографика)
- 11 въпроса без отговор относно тъмната материя
Можете да слушате подкаста Ask A Spaceman накачии в мрежата на http://www.askaspaceman.com, Задайте собствения си въпрос в Twitter, като използвате #AskASpaceman или като следвате Пол @PaulMattSutter и facebook.com/PaulMattSutter, Следвайте ни в Twitter @Spacedotcom или Facebook.
