Astronomové nepřímo mapují temnou hmotu pomocí gravitačního tahu na jiné objekty.
Paul M. Sutter je astrofyzik na Státní univerzita v Ohiu, hostitel Zeptejte se Spacemana a Vesmírné rádio, a autorVaše místo ve vesmíru.„Sutter přispěl k tomuto článku Odborné hlasy Space.com: Op-Ed & Insights.
Moderní studie o celém vesmíru, odvětví vědy známém jako kosmologie, vděčí za svůj současný stav mnoha pozoruhodným osobnostem a vrací se přes téměř století zasvěceného, těžce získaného výzkumu.
Některá z těchto jmen mohou být známá: Albert Einstein, Edwin Hubble, Vera Rubin atd. Výbor pro Nobelovu cenu však nedávno uznal příspěvky jména, které možná neuznáváte, Jim Peebles, a mu dal polovinu ceny za fyziku v roce 2019, „za příspěvky k našemu pochopení vývoje vesmíru a místa Země ve vesmíru.“
Postačí, když řekneme, že kosmologie by dnes nebyla bez úsilí Jim Peeblese. Je to jedna věc, která říká Velký třesk model v jednoduchosti back-of-a-shirt (např. „vesmír býval menší a žhavější, a nyní to není“), ale je to úplně jiná věc, která z toho udělá přesnou matematickou formulaci, která dokáže předpovědi srovnávat s pozorování. Je spravedlivé říci, že Peebles pomohl transformovat kosmologii z „úhledného a obecně správného nápadu“ na „pole skutečné vědy“. Pojďme prozkoumat tři hlavní cesty, kde nás vedly jeho poznatky:
Kosmické mikrovlnné pozadí
Pokud byl raný vesmír menší než dnes, musel být také teplejší a hustší. A jakmile přijmete tuto realitu, rychle si uvědomíte, že v určitém okamžiku v dávné minulosti vesmír muselo být tak husté a tak horké, že existovalo ve zcela odlišném stavu hmoty.
Před více než 13 miliardami let, když byl vesmír asi miliontinu jeho současného objemu, byly všechny věci ve vesmíru tak smooshed, že to byla plazma, stav hmoty, ve kterém jsou elektrony trhány z atomů a volné potulují se sami. Tehdy byl vesmír docela intenzivní.
Ale pak to stárlo, zvětšovalo se a chladilo. A v určitém věku teploty a tlaky klesly pod kritický práh a elektrony se dokázaly navázat na atomy, aniž by se okamžitě srazily. V záblesku se vesmír stal průhledným pro záření a toto světlo - doslova bílé-horké v okamžiku jeho uvolnění - přetrvává dodnes, namáčení ve vesmíru.
Ale dnes toto světlo ztratilo hodně páry a chlazilo se jen pár stupňů nad absolutní nulou, pevně v mikrovlnném pásmu. Tento "kosmické mikrovlnné pozadí“byl náhodně objeven párem mikrovlnných fyziků v roce 1964, ale nevěděli o nich skupina teoretiků, včetně Peeblesů, již předpověděla jeho existenci. Mikrovlnní fyzici získali Nobelovu cenu v roce 1978, ale nikdy není příliš pozdě na to, aby Nobelova komise uznala také teoretici.
Temná hmota
V 70. letech astronom Vera Rubin objevili něco zábavného, co se děje s galaxiemi: hvězdy uvnitř nich příliš obíhaly. Ve skutečnosti tak rychle, že se galaxie měly od sebe oddělit před miliardami let. Ale tam byli, šťastní jako škeble.
Co se dělo? Nechápali jsme něco o povaze gravitace na stupnicích tak velkých jako galaxie? Nebo měl vesmír další ingredienci, která byla pro nás skrytá až do Rubinových pozorování?
Někteří astronomové, včetně samotné Rubina, si mysleli, že potřebujeme vyladit fyzikální zákony, abychom věci napravili. Ale jiní, včetně Peeblese, usoudili, že v galaxii je víc, než se setká s okem. Byl jedním z prvních zastánců toho, čemu nyní říkáme „studená temná hmota“ - nová forma hmoty, která neinteraguje se světlem (a tudíž s ničím jiným neovlivňuje kromě gravitace). Teď to víme temná hmota saturuje vesmír a zaplavuje normální hmotu alespoň v poměru 5: 1.
Peebles a spolupracovníci provedli zkoumání toho, co by tato nová hypotéza znamenala z hlediska chování galaxií, a poskytli pozorovatelům užitečné testy pro zaměření a měření.
Dnes, i když stále ještě plně nerozumíme temné hmotě - a ještě musíme přesně určit její přesnou identitu - důkazy přišly z mnoha úhlů, včetně jemných otisků v samotném kosmickém mikrovlnném pozadí, že temná hmota je hlavní složkou naší vesmír.
Kosmická struktura
Peebles se však nezastavil nejranějšími okamžiky Velkého třesku nebo tajemnými a neviditelnými složkami našeho vesmíru. Peebles šel na velkou cestu.
Vidíme ve vesmíru kolem nás nejrůznější druhy různých galaxií v nejrůznějších vymyšlených uspořádáních. Některé galaxie jsou spojeny dohromady v obřích shlucích, zatímco jiné jsou samotáři. Některé jsou obrovské a hromadí se, a jiné jsou malé a stěží viditelné. A když se oddálíme na největší měřítko, uvidíme obrovskékosmický web, „největší vzor v přírodě, struktura, která sahá od jednoho konce viditelného vesmíru k druhému.
Kosmická síť je vyrobena z galaxií a jak název napovídá, vypadá jako kosmická pavučina.
Jak se stalo že přihodit se?
Peebles a jeho přátelé vedli cestu k vysvětlení původu kosmického webu a zjistili, že struktury v našem vesmíru rostou pomalu v průběhu času, s každým dalším věkem se staví od menších bitů k větším bitům.
Zjistili, jak hledat náznaky semen struktury v pozadí kosmického mikrovlnného záření, viditelné jako drobné změny teploty ne větší než 1 díl ze 100 000. Tyto variace byly umístění prvních skupin o něco vyšší než průměrná hustota, kde by během miliónů let teklo více hmoty (zejména tmavé hmoty!).
Nakonec se tyto malé nugety stanou galaxiemi a některé galaxie se spojí dohromady a vytvoří shluky galaxií. A protože všechno, co kdysi stavělo tyto velké stavby, muselo pocházet odněkud, rozlehlé prázdné oblasti se otevíraly a rozšiřovaly. Staly se mezerami v kosmickém webu, známém jako prázdnota.
V průběhu desetiletí napsal Jim Peebles stovky článků a spolupracoval se stovkami astronomů, astrofyziků, fyziků a kosmologů a byl kritickým hráčem v malbě portrétů vesmíru, kterému nyní rozumíme.
- Nobelova cena ve fyzice: 1901-současnost
- Temná hmota a temná energie: tajemství vysvětleno (Infographic)
- 11 nezodpovězených otázek o temné záležitosti
Můžete si poslechnout podcast Ask A Spaceman oniTunesa na webu na adrese http://www.askaspaceman.com. Zeptejte se na Twitteru pomocí #AskASpaceman nebo sledováním Paula @PaulMattSutter a facebook.com/PaulMattSutter. Sleduj nás na Twitteru @Spacedotcom nebo Facebook.
