Don Lincoln je vedoucí vědecký pracovník na americkém ministerstvu energetiky Fermilab, největší výzkumné instituci Large Hadron Collider v zemi. Píše také o vědě pro veřejnost, včetně svého nedávného „Velký Hadron Collider: Mimořádný příběh Higgsova bosona a dalších věcí, které vám vyfouknou mysl„(Johns Hopkins University Press, 2014). Můžete ho sledovatFacebook. Lincoln přispěl tento článek do Live Science'sExpert Voices: Op-Ed & Insights.
Dokud máme záznamy, lidstvo se na noční obloze divilo. Podívali jsme se na nebe, abychom určili vůli bohů a přemýšleli o smyslu toho všeho. Pouhých 5 000 hvězd, které můžeme vidět s pouhým okem, byly lidskými společníky po tisíciletí.
Moderní astronomická zařízení nám ukázala, že vesmír není složen pouze z tisíců hvězd - skládá se ze stovek miliard hvězd pouze v naší galaxii, s biliony galaxií. Hvězdárny nás učily o zrození a vývoji vesmíru. A 3. srpna nové zařízení učinilo první věcné oznámení a přidalo se k našemu pochopení vesmíru. To nám umožňuje vidět nepoužitelné a ukázalo se, že distribuce hmoty ve vesmíru se trochu lišila od očekávání.
Průzkum temné energie (DES) je spolupráce asi 400 vědců, kteří se pustili do pětileté mise, aby studovali vzdálené galaxie a zodpověděli otázky o historii vesmíru. Používá temnou energetickou kameru (DEC) připojenou k 4-metrovému dalekohledu Victor M. Blanco na meziamerické observatoři Cerro Tololo v chilských Andách. DEC byl shromážděn v USA ve Fermilabu poblíž Batavia ve státě Illinois a jedná se o 570-megapixelový fotoaparát schopný zobrazovat galaxie tak daleko, že jejich světlo je miliontina tak jasná jako nejtlmší viditelné hvězdy.
Temná energie a temná hmota
DES loví temnou energii, což je navrhované energetické pole ve vesmíru, které je odpudivou formou gravitace. Zatímco gravitace vyvolává neodolatelnou přitažlivost, temná energie tlačí vesmír k expanzi stále rostoucí rychlostí. Jeho účinek byl poprvé pozorován v roce 1998 a stále máme mnoho otázek o jeho povaze.
Měřením umístění a vzdálenosti 300 milionů galaxií na jižní noční obloze však bude průzkum schopen učinit důležitá prohlášení o dalším astronomickém tajemství zvaném temná hmota. Temná hmota je považována za pětkrát více převládající ve vesmíru než obyčejná hmota. Přesto nereaguje se světlem, rádiovými vlnami ani s jakoukoli podobou elektromagnetické energie. Nezdá se, že by se shromáždil, aby vytvořil velká těla, jako jsou planety a hvězdy.
Neexistuje způsob, jak přímo vidět temnou hmotu (odtud název). Jeho účinky však lze pozorovat nepřímo analýzou rychlosti rotace galaxií. Pokud vypočítáte otáčky podporované viditelnou hmotou galaxií, zjistíte, že se otáčejí rychleji, než by měly. Podle všech práv by se tyto galaxie měly roztrhat. Po desetiletích výzkumu dospěli astronomové k závěru, že každá galaxie obsahuje temnou hmotu, která vytváří další gravitaci, která drží galaxie pohromadě.
Temná hmota ve vesmíru
Avšak v mnohem větším měřítku vesmíru není studium jednotlivých galaxií dostatečné. Je zapotřebí jiný přístup. K tomu musí astronomové použít techniku nazývanou gravitační čočky.
Gravitační čočky předpověděl v roce 1916 Albert Einstein a poprvé jej pozoroval Sir Arthur Eddington v roce 1919. Einsteinova teorie obecné relativity říká, že gravitace, kterou zažíváme, je skutečně způsobena zakřivením časoprostoru. Protože světlo cestuje v přímé linii prostorem, pokud je zakřivený časoprostor, bude pozorovat pozorovatele, jako by světlo cestovalo zakřivenou cestou vesmírem.
Tento jev lze využít ke studiu množství a distribuce temné hmoty ve vesmíru. Vědci, kteří se dívají na vzdálenou galaxii (nazývanou čočková galaxie), která má další galaxii ještě dále za ní (nazývanou pozorovaná galaxie), mohou vidět zkreslený obraz pozorované galaxie. Toto zkreslení souvisí s hmotností galaxie s čočkami. Protože hmotnost čočkové galaxie je kombinací viditelné hmoty a temné hmoty, gravitační čočka umožňuje vědcům přímo pozorovat existenci a distribuci temné hmoty na měřítcích tak velkých, jako je samotný vesmír. Tato technika také funguje, když velký shluk galaxií v popředí zkresluje obrazy shluků ještě vzdálenějších galaxií, což je technika použitá pro toto měření.
Hrbolatý nebo ne?
Spolupráce DES nedávno vydala analýzu pomocí přesně této techniky. Tým se podíval na vzorek 26 milionů galaxií ve čtyřech různých vzdálenostech od Země. Čím blíže byly galaxie, ty byly vzdálenější. Použitím této techniky a pečlivým pohledem na zkreslení obrazů všech galaxií dokázali zmapovat rozdělení neviditelné temné hmoty a to, jak se pohybovala a shlukovala za posledních 7 miliard let, neboli polovinu životnosti galaxií. vesmír.
Jak se očekávalo, zjistili, že temná hmota vesmíru byla „hrudkovitá“. Překvapení však bylo - bylo to o něco méně hrudkovité, než předpokládala předchozí měření.
Jedno z těchto protichůdných měření pochází ze zbytku rádiového signálu od nejranějšího období po Velkém třesku, zvaném kosmické mikrovlnné pozadí (CMB). CMB v sobě obsahuje distribuci energie ve vesmíru, když byla stará 380 000 let. V roce 1998 spolupráce Cosmic Background Explorer (COBE) oznámila, že CMB nebyla dokonale jednotná, ale měla spíše horká a studená místa, která se lišila od uniformy o 1 díl na 100 000. Satelity Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) a Planck potvrdily a zdokonalily měření COBE.
Během 7 miliard let mezi tím, kdy byl CMB emitován, a časovým obdobím studovaným DES, tyto horké oblasti vesmíru nasazovaly tvorbu struktury vesmíru. Nerovnoměrná distribuce energie zachycená v CMB v kombinaci se zesílením gravitační síly způsobila, že některá místa ve vesmíru byla hustší a jiná méně. Výsledkem je vesmír, který vidíme kolem nás.
CMB předpovídá distribuci temné hmoty z jednoduchého důvodu: Distribuce hmoty v našem vesmíru v současnosti závisí na jejím distribuci v minulosti. Koneckonců, kdyby v minulosti existoval shluk hmoty, přitahovala by tato hmota okolní hmotu a shluk by rostl. Podobně, pokud bychom měli promítnout do vzdálené budoucnosti, rozložení hmoty by dnes ovlivnilo zítra z téhož důvodu.
Vědci tedy použili měření CMB za 380 000 let po Velkém třesku k výpočtu toho, jak by měl vesmír vypadat o 7 miliard let později. Když porovnávali předpovědi s měřeními z DES, zjistili, že měření DES byla o něco méně hrudkovitá než předpovědi.
Neúplný obrázek
Je to hodně? Možná. Nejistota nebo chyba ve dvou měřeních je natolik velká, že to znamená, že nesouhlasí statisticky významným způsobem. To jednoduše znamená, že si nikdo nemůže být jistý, že obě měření skutečně nesouhlasí. Mohlo by se stát, že rozdíly vzniknou náhodou ze statistických výkyvů v údajích nebo z malých instrumentálních efektů, které nebyly brány v úvahu.
I autoři studie by zde navrhovali opatrnost. Měření DES ještě nebyla přezkoumána. Příspěvky byly předloženy ke zveřejnění a výsledky byly prezentovány na konferencích, ale pevné závěry by měly počkat, až přijdou zprávy rozhodčích.
Jaká je tedy budoucnost? DES má pětiletou misi, z nichž byly zaznamenány čtyři roky údajů. Nedávno oznámený výsledek využívá pouze data za první rok. Stále se analyzují novější údaje. Celý soubor údajů bude dále pokrývat 5 000 čtverečních stupňů oblohy, zatímco nedávný výsledek se týká pouze 1 500 čtverečních stupňů a vrstevníky pouze polovinu cesty zpět v čase. Příběh tedy zjevně není úplný. Analýza úplného souboru dat se očekává až do roku 2020.
Přesto data, která jsme dnes získali, by mohla znamenat, že v našem chápání vývoje vesmíru existuje možné napětí. A i když toto napětí zmizí při analýze více dat, spolupráce DES pokračuje v dalších měřeních. Pamatujte, že písmena „DE“ v názvu znamenají temnou energii. Tato skupina nám nakonec řekne něco o chování temné energie v minulosti ao tom, co můžeme očekávat v budoucnu. Toto nedávné měření je jen začátkem toho, co se očekává, že bude vědecky fascinující čas.
Tato verze článku byla původně publikována na Live Science.
