Нашата Вселена е невероятно обширна, най-вече мистериозна и като цяло объркваща. Заобиколени сме от объркващи въпроси на везни както големи, така и малки. Със сигурност имаме някои отговори, като Стандартния модел на физиката на частиците, които ни помагат (поне физиците) да разберем фундаментални субатомни взаимодействия и теорията за Големия взрив как е започнала Вселената, която сплита космическа история през миналото 13,8 милиарда години.
Но въпреки успехите на тези модели, ние все още имаме много работа. Например, какво в света е тъмната енергия, името, което даваме на движещата сила зад наблюдаваното ускорено разширяване на Вселената? И на противоположния край на скалата, какво точно представляват неутрино, онези призрачни малки частици, които ципират и мащабират през Космоса, без трудно да взаимодействат с нищо?
На пръв поглед тези два въпроса изглеждат толкова коренно различни по отношение на мащаба и естеството и, добре, всичко, за което може да предположим, че трябва да им отговорим.
Но може би един експеримент може да разкрие отговори и на двамата. Телескоп на Европейската космическа агенция е предназначен да картографира тъмната вселена - гледайки назад във времето, около 10 милиарда години, когато се смята, че тъмната енергия е бушувала. Нека копаем.
Отиди голям и се прибери
За да копаем, трябва да погледнем нагоре. Пътят нагоре. На скали много, много по-големи от галактиките (тук говорим за милиарди светлинни години, хора), където нашата Вселена прилича на огромна, светеща паяжина. Освен, че тази паяжина не е направена от коприна, а от галактики. Дълги тънки тенджери на галактики, свързващи плътни, тромави възли. Тези възли са струпвания, оживени градове на галактики и горещ, богат газ - огромни, широки стени от хиляди и хиляди галактики. И между тези структури, поемащи по-голямата част от обема във Вселената, са големите космически празнини, небесни пустини, пълни с нищо много.
Нарича се космическата мрежа и е най-голямото нещо във Вселената.
Тази космическа мрежа бавно е била изградена в течение на милиарди години от най-слабата сила в природата: гравитацията. Обратно, когато Вселената беше най-малката част от сегашния си размер, тя беше почти идеално равномерна. Но „почти“ е важно тук: Имаше малки вариации в плътността от място на място, като някои ъгли на Вселената бяха малко по-пренаселени от средните, а други малко по-малко.
С времето гравитацията може да направи невероятни неща. В случая с нашата космическа мрежа тези малко по-високи от средното плътни региони имаха гравитация, която беше малко по-силна, привличайки обкръжението им към тях, което направи тези бучки още по-привлекателни, което привлече повече съседи и така нататък и т.н. скоро.
Бързо напред този процес милиард години и вие отгледахте своя собствена космическа мрежа.
Универсална рецепта
Това е общата картина: За да направите космическа мрежа, ви трябват някои "неща" и имате нужда от гравитация. Но там, където става наистина интересно, е в детайлите, особено в детайлите на нещата.
Различните видове материя ще се скупчат и ще образуват структури по различен начин. Някои видове материя могат да се заплетат в себе си или да се наложи да отделят излишната топлина, преди да могат да изстинат, докато други могат лесно да се присъединят към най-близката партия. Някои видове материя се движат достатъчно бавно, че гравитацията може ефективно да върши своята работа, докато други видове материя са толкова флотисти и пъргави, че гравитацията едва може да получи слабите си ръце върху нея.
Накратко, ако промените съставките на Вселената, получавате различно изглеждащи космически паяжини. При един сценарий може да има по-богати клъстери и по-малко празни празнини в сравнение с друг сценарий, при който празнотите напълно доминират в началото на историята на Космоса, без да се образуват никакви клъстери.
Една особено интригуваща съставка е неутрино, гореспоменатата призрачна частица. Тъй като неутриното е толкова леко, то пътува с почти скоростта на светлината. Това има за цел да "изглади" структури във Вселената: Гравитацията просто не може да свърши работата си и да дърпа неутрино в малки компактни топки. Така че, ако добавите твърде много неутрино към Вселената, неща като цели галактики в крайна сметка не могат да се образуват в ранната Вселена.
Малки проблеми, големи решения
Това означава, че можем да използваме самата космическа мрежа като гигантска лаборатория по физика за изучаване на неутрино. Като изследваме структурата на мрежата и я разграждаме на различните й части (струпвания, празнини и т.н.), можем да получим изненадващо директна дръжка на неутрино.
Има само един проблем с нерешителността: Неутрино не са единствената съставка във Вселената. Един основен объркващ фактор е наличието на тъмна енергия, мистериозната сила, която разкъсва вселената ни. И както може би сте подозирали, това засяга космическата мрежа по съществен начин. В крайна сметка е трудно да се изграждат големи структури в бързо разрастваща се вселена. И ако погледнете само една част от космическата мрежа (да речем например галактическите клъстери), тогава може да не разполагате с достатъчно информация, за да разберете разликата между неутрино ефектите и тъмните енергийни ефекти - и двете възпрепятстват сплотяването на „ неща. "
В скорошна публикация, публикувана онлайн в списанието за отпечатване arXiv, астрономите обясниха как предстоящите проучвания на галактиката, като мисията на Евклид на Европейската космическа агенция, ще помогнат за разкриването както на свойства на неутрино, така и на тъмна енергия. Сателитът Евклид ще картографира местоположенията на милиони галактики, рисувайки много широк портрет на космическата мрежа. И в тази структура се крият намеци за историята на нашата Вселена, минало, което зависи от нейните съставки, като неутрино и тъмна енергия.
Разглеждайки комбинация от най-плътните, натоварени места във Вселената (галактическите клъстери) и най-самотните, най-празните места в Космоса (празнините), можем да получим отговори както на природата на тъмната енергия (която ще предвещава една ера на чисто нови знания по физика) и естеството на неутрино (което ще направи точно същото). Можем да научим например, че тъмната енергия се влошава или става по-добра, или може би дори просто е същата. И може да научим колко масивни неутрино са или колко от тях се развихрят във Вселената. Но независимо от всичко, е трудно да се каже какво ще получим, докато всъщност не погледнем.
Пол М. Сътър е астрофизик в Държавният университет в Охайо, домакин на Попитайте Космонавт и Космическо радиои автор на Вашето място във Вселената.
