Alam semesta kita sangat luas, kebanyakannya misteri, dan umumnya mengelirukan. Kami dikelilingi oleh soalan-soalan yang membingungkan pada skala yang besar dan kecil. Kami mempunyai beberapa jawapan, pasti, seperti Model Fizik zarah standard, yang membantu kita (fizik, sekurang-kurangnya) memahami interaksi subatomik asas, dan teori Big Bang tentang bagaimana alam semesta bermula, yang menyusun cerita kosmik sepanjang masa 13.8 bilion tahun.
Tetapi walaupun kejayaan model-model ini, kami masih mempunyai banyak kerja yang perlu dilakukan. Sebagai contoh, apa yang ada di dunia adalah tenaga gelap, nama yang kita berikan kepada penggerak di sebalik perkembangan yang diperkemaskan di alam semesta? Dan pada hujung skala yang bertentangan, apa sebenarnya neutrinos, zarah-zarah kecil yang hantu yang zip dan zum melalui kosmos tanpa hampir berinteraksi dengan apa-apa?
Pada pandangan pertama, kedua-dua soalan kelihatan sangat berbeza dari segi skala dan alam semula jadi dan, dengan baik, semua yang kita mungkin menganggap bahawa kita perlu menjawabnya.
Tetapi mungkin satu eksperimen boleh mendedahkan jawapan kepada kedua-duanya. Sebuah teleskop Agensi Angkasa Eropah ditetapkan untuk memetakan alam semesta gelap - kelihatan jauh dari masa ke masa, sekitar 10 bilion tahun, apabila tenaga gelap dianggap telah mengamuk. Mari digali.
Pergi besar dan pulang ke rumah
Untuk menggali, kita perlu mencari. Jalankan. Pada skala besar, jauh lebih besar daripada galaksi (kita bercakap berbilion tahun cahaya di sini, orang-orang), di mana alam semesta kita menyerupai web labah-labah yang luas dan bersinar. Kecuali, web labah-labah ini tidak dibuat dari sutera, tetapi dari galaksi. Panjang, tendrils galaksi nipis yang menghubungkan nod padat, clumpy. Bibir mereka adalah kelompok, kota-kota galaksi yang sibuk dan gas panas, kaya - sangat besar, dinding yang beribu-ribu galaksi. Dan di antara struktur ini, mengambil sebahagian besar jumlah di alam semesta, adalah lompang kosmik yang hebat, padang pasir langit yang tidak dipenuhi.
Ia dipanggil web kosmik, dan ia adalah perkara yang paling besar di alam semesta.
Web kosmik ini perlahan-lahan dibina selama berbilion tahun oleh daya yang paling lemah di alam: graviti. Jalan kembali apabila alam semesta adalah pecahan terkecil daripada saiz semasa, ia hampir seragam. Tetapi "hampir" adalah penting di sini: Terdapat variasi kecil dalam kepadatan dari tempat ke tempat, dengan beberapa sudut alam semesta menjadi sedikit lebih sesak daripada rata-rata dan yang lain sedikit kurang.
Dengan masa, graviti boleh melakukan perkara yang menakjubkan. Dalam kes web kosmik kami, kawasan padat yang sedikit lebih tinggi daripada rata-rata mempunyai graviti yang sedikit lebih kuat, menarik persekitaran mereka kepada mereka, yang membuat mereka rumpun lebih menarik, yang menarik lebih banyak jiran, dan sebagainya dan sebagainya.
Maju cepat proses ini satu bilion tahun, dan anda telah mengembangkan web kosmik anda sendiri.
Resipi sejagat
Itulah gambaran umum: Untuk membuat web kosmik, anda memerlukan beberapa "barangan," dan anda memerlukan graviti. Tetapi di mana ia menjadi sangat menarik adalah dalam butiran, terutama butiran barang-barang.
Berbagai jenis bahan akan bertumpu dan membentuk struktur yang berbeza. Sesetengah jenis perkara mungkin merebahkan diri mereka sendiri, atau perlu mengeluarkan haba yang berlebihan sebelum mereka dapat membasmi, sementara yang lain mungkin dengan mudah menyertai parti terdekat. Sesetengah jenis perkara bergerak perlahan-lahan sehingga graviti dapat melakukan kerja dengan cekap, sementara jenis benda lain sangat armada dan lentur sehingga graviti hampir tidak dapat menahan tangannya.
Ringkasnya, jika anda menukar bahan-bahan alam semesta, anda akan mendapat web kosmik yang berbeza-beza. Dalam satu senario, mungkin terdapat lebih banyak kumpulan yang kaya dan kurang lompang kosong berbanding dengan senario lain, di mana lompang-lompang itu menguasai sepenuhnya dalam sejarah kosmos, tanpa klaster yang terbentuk sama sekali.
Satu bahan yang sangat menarik adalah neutrino, zarah hantu yang disebut dahulu. Oleh kerana neutrino sangat ringan, ia bergerak pada hampir kelajuan cahaya. Ini mempunyai kesan "melicinkan" struktur di alam semesta: Graviti semestinya tidak dapat melakukan kerja dan menarik neutrinos ke dalam bola kecil yang padat. Jadi, jika anda menambah terlalu banyak neutrinos ke alam semesta, perkara-perkara seperti galaksi keseluruhan akhirnya tidak dapat dibentuk di alam semesta awal.
Masalah kecil, penyelesaian besar
Ini bermakna bahawa kita boleh menggunakan web kosmik itu sendiri sebagai makmal fizik gergasi untuk mengkaji neutrinos. Dengan mengkaji struktur web dan memecahnya ke dalam pelbagai bahagian (kluster, lompang dan sebagainya), kita boleh mendapatkan mengendalikan secara mengejutkan dengan neutrino.
Terdapat satu masalah niggling: Neutrinos bukan satu-satunya bahan di alam semesta. Salah satu faktor utama yang membingungkan ialah kehadiran tenaga gelap, kekuatan misteri yang merobek alam semesta kita. Dan seperti yang anda mungkin disyaki, ini mempengaruhi web kosmik dengan cara yang utama. Ia agak sukar untuk membina struktur besar dalam alam semesta yang berkembang pesat, selepas semua. Dan jika anda hanya melihat satu bahagian dari web kosmik (contohnya, gugusan galaksi), maka anda mungkin tidak mempunyai maklumat yang cukup untuk memberitahu perbezaan antara kesan neutrino dan kesan tenaga gelap - kedua-duanya menghalang pengumpatan " barang-barang. "
Dalam makalah baru-baru ini yang diterbitkan dalam jurnal preprint arXiv, para astronom menerangkan bagaimana kaji selidik galaksi yang akan datang, seperti misi Euclid Agensi Angkasa Eropah, akan membantu mendedahkan kedua-dua sifat neutrino dan tenaga gelap. Satelit Euclid akan memetakan lokasi berjuta-juta galaksi, melukis potret web kosmik yang sangat luas. Dan dalam struktur itu terdapat petunjuk sejarah alam semesta kita, masa lalu yang bergantung kepada bahan-bahannya, seperti neutrinos dan tenaga gelap.
Dengan melihat gabungan tempat terpadat, tempat paling sibuk di alam semesta (kelompok galaksi) dan tempat-tempat yang paling sukar dan terpesona dalam kosmos (lompang-lompang), kita mungkin mendapat jawapan kepada sifat tenaga gelap (yang akan meninggikan era pengetahuan fizik yang baru) dan sifat neutrino (yang akan melakukan perkara yang sama). Kita mungkin belajar, contohnya, bahawa tenaga gelap semakin buruk, atau menjadi lebih baik, atau bahkan mungkin menjadi sama. Dan kita mungkin belajar bagaimana neutrino besar atau berapa banyak mereka yang bergerak di sekitar alam semesta. Tetapi tidak kira apa, sukar untuk memberitahu apa yang akan kita dapatkan sehingga kita melihatnya.
Paul M. Sutter adalah ahli astrofizik di The Ohio State University, tuan rumah Tanya Spaceman dan Radio Angkasa, dan pengarang Tempat Anda di Semesta.
