Náš vesmír je neuvěřitelně obrovský, většinou tajemný a obecně matoucí. Jsme obklopeni matoucími otázkami na stupnicích velkých i malých. Určitě máme několik odpovědí, jako je standardní model částicové fyziky, které nám (přinejmenším fyzikům) pomáhají porozumět základním subatomovým interakcím, a teorii velkého třesku o tom, jak vesmír začal, který spolu proplétá vesmírný příběh v minulosti 13,8 miliard let.
Ale i přes úspěchy těchto modelů máme stále spoustu práce. Například, co je na světě temná energie, jméno, které dáme hnací síle za pozorovaným zrychleným rozšířením vesmíru? A co na druhé straně stupnice, co přesně jsou neutrinos, ty strašidelné malé částice, které se zipem a přibližují vesmírem, aniž by s ničím interagovaly?
Na první pohled se tyto dvě otázky zdají tak radikálně odlišné, co se týče rozsahu a přírody, a dobře, všeho, co bychom mohli předpokládat, že na ně musíme odpovědět.
Je však možné, že jediný experiment může odhalit odpovědi na oba. Dalekohled Evropské kosmické agentury je nastaven na mapování temného vesmíru - dívá se tak daleko zpět v čase, asi 10 miliard let, když se zdá, že temná energie zuří. Pojďme se kopat.
Běžte a jděte domů
Abychom se mohli kopat, musíme se podívat. Cesta nahoru. V měřítcích mnohem, mnohem větších než galaxie (zde mluvíme o miliardách světelných let, lidé), kde se náš vesmír podobá obrovské zářící pavučině. Až na to, že tento pavučina není vyrobena z hedvábí, ale z galaxií. Dlouhé, tenké úponky galaxií spojující husté, neohrabané uzly. Tyto uzly jsou shluky, rušná města galaxií a horké, bohaté plyny - obrovské, široké stěny tisíců až tisíců galaxií. A mezi těmito strukturami, které zabírají většinu objemu vesmíru, jsou velké vesmírné dutiny, nebeské pouště naplněné ničím.
Říká se tomu kosmický web a je to největší věc ve vesmíru.
Tato kosmická síť byla pomalu budována v průběhu miliard let nejslabší silou přírody: gravitací. Cesta zpět, když byl vesmír nejmenší zlomek své současné velikosti, byl téměř dokonale jednotný. Ale „téměř“ je zde důležité: v hustotě se vyskytovaly drobné rozdíly v hustotě, přičemž některé rohy vesmíru byly o něco více přeplněné než průměr a jiné o něco méně.
S časem může gravitace dělat úžasné věci. V případě našeho kosmického webu měly tyto mírně vyšší než průměrné husté regiony gravitaci, která byla o něco silnější, přitahovala k nim své okolí, což tyto shluky ještě přitahovalo, přitahovalo více sousedů atd. A již brzy.
Rychle vpřed tento proces o miliardu let a vy jste si rozrostli svůj vlastní kosmický web.
Univerzální recept
To je obecný obrázek: Chcete-li vytvořit kosmický web, potřebujete nějaké „věci“ a potřebujete nějakou gravitaci. Ale tam, kde to bude opravdu zajímavé, jsou v detailech, zejména v detailech věcí.
Různé druhy látek se shlukují a formují struktury odlišně. Některé druhy látek se mohou zamotat do sebe nebo je třeba odstranit nadbytečné teplo, než se mohou ztuhnout, zatímco jiné se mohou snadno připojit k nejbližší straně. Některé typy látek se pohybují dostatečně pomalu, aby gravitace mohla efektivně vykonávat svou práci, zatímco jiné druhy látek jsou tak flotilní a hbité, že gravitace na ni sotva může dostat své slabé ruce.
Stručně řečeno, pokud změníte složky vesmíru, získáte různě vypadající kosmické weby. V jednom scénáři by mohlo existovat více bohatých shluků a méně prázdných dutin ve srovnání s jiným scénářem, ve kterém dutiny zcela dominují na počátku historie vesmíru, aniž by se vytvářely žádné shluky.
Zvláště zajímavou ingrediencí je neutrin, výše uvedená přízračná částice. Protože neutrino je tak lehké, cestuje téměř rychlostí světla. Toto má za následek „vyhlazení“ struktur ve vesmíru: Gravitace prostě nemůže dělat svou práci a zatáhnout neutrina do kompaktních malých kuliček. Takže pokud do vesmíru přidáte příliš mnoho neutrin, věci jako celé galaxie nakonec nebudou schopny tvořit se v ranném vesmíru.
Drobné problémy, velká řešení
To znamená, že můžeme použít kosmický web jako obrovskou laboratoř fyziky ke studiu neutrin. Zkoumáním struktury webu a jeho rozdělením na různé části (shluky, dutiny atd.) Můžeme získat překvapivě přímou úchytku na neutrinech.
Je tu jen jeden otupující problém: Neutrinos nejsou jedinou ingrediencí ve vesmíru. Jedním z hlavních matoucím faktorem je přítomnost temné energie, tajemná síla, která trhá náš vesmír od sebe. A jak jste možná měli podezření, to má velký dopad na kosmický web. Konec konců je těžké stavět velké struktury v rychle se rozvíjejícím vesmíru. A pokud se podíváte pouze na jednu část kosmického webu (řekněme například na shluky galaxií), možná nebudete mít dostatek informací, abyste rozeznali rozdíl mezi neutrinovými efekty a efekty temné energie - oba tyto faktory brání shlukování " věci."
V nedávném článku zveřejněném online v předtištěném časopise arXiv astronomové vysvětlili, jak nadcházející průzkumy galaxií, jako je mise Evropské vesmírné agentury Euklidy, pomohou odhalit vlastnosti neutrin a temné energie. Euklidovský satelit zmapuje umístění milionů galaxií a vykreslí velmi široký portrét kosmického webu. A uvnitř této struktury leží náznaky k historii našeho vesmíru, minulosti, která závisí na jejích složkách, jako jsou neutrina a temná energie.
Když se podíváme na kombinaci nejhustších a nejrušnějších míst ve vesmíru (galaktické shluky) a nejosamělejších, nejsmyslnějších míst ve vesmíru (prázdnoty), můžeme získat odpovědi na obě povahy temné energie (která ohlašuje éru) zcela nových poznatků z fyziky) a povahy neutrin (které budou dělat totéž). Mohli bychom se například dozvědět, že temná energie se zhoršuje nebo zlepšuje, nebo dokonce jen je stejná. A mohli bychom se naučit, jak masivní neutrin jsou nebo kolik z nich poletuje vesmírem. Ale bez ohledu na to, co je těžké říct, co dostaneme, dokud se vlastně nedíváme.
Paul M. Sutter je astrofyzik na Státní univerzita v Ohiu, hostitel Zeptejte se Spacemana a Vesmírné rádio, a autor Vaše místo ve vesmíru.
