Дон Линцолн је старији научник на америчком Одсеку за енергетику Фермилаб, највећој институцији за истраживање великих хадронских судара у земљи. Такође пише о науци за јавност, укључујући недавне "Велики хадронски сударач: изванредна прича о Хиггсовом бозону и другим стварима које ће вам уништити разум"(Јохнс Хопкинс Университи Пресс, 2014). Можете га пратити даљеФејсбук. Линцолн је овај чланак допринео Ливе Сциенце-уГласови стручњака: Оп-Ед & Инсигхтс.
Све док смо водили евиденцију, човечанство се дивило ноћном небу. Погледали смо у небеса да утврдимо вољу богова и да се питамо шта је све значило. Пуних 5000 звезда које можемо видети беспомоћним очима били су пратиоци човечанства већ миленијумима.
Савремени астрономски уређаји показали су нам да се свемир не састоји од само хиљаде звезда - он се састоји од стотина милијарди звезда у нашој галаксији, са трилионима галаксија. Опсерваторији су нас училе о рађању и еволуцији универзума. И, 3. августа, ново постројење је своје прво суштинско саопштење додало нашем разумевању космоса. Омогућује нам да видимо невидљиво и показало је да се расподјела материје у универзуму помало разликује од очекивања.
Истраживање тамне енергије (ДЕС) је сарадња око 400 научника који су започели петогодишњу мисију проучавања удаљених галаксија да одговоре на питања о историји свемира. Користи камеру тамне енергије (ДЕЦ) причвршћену на 4-метарски телескоп Вицтор М. Бланцо на Међуамеричкој опсерваторији Церро Тололо у чилеанским Андама. ДЕЦ је окупљен у САД-у у Фермилабу у близини Батавије у држави Илиноис и представља камеру од 570 мегапиксела која може сликати галаксије тако далеко да је њихова светлост милионита тамна колико и најјаче видљиве звезде.
Тамна енергија и тамна материја
ДЕС је лов на тамну енергију, што је предложено енергетско поље у свемиру које је одбојни облик гравитације. Док гравитација изазива неодољиву привлачност, тамна енергија гура свемир да се шири све већом брзином. Његов ефекат први пут је примећен 1998. године и још увек имамо много питања о његовој природи.
Међутим, мерењем локације и удаљености од 300 милиона галаксија на јужном ноћном небу, анкета ће моћи да даје важне изјаве о још једној астрономској мистерији, названој тамна материја. Сматра се да је тамна материја пет пута заступљенија у универзуму од обичне материје. Па ипак, он нема интеракције са светлошћу, радио таласима или било којим обликом електромагнетне енергије. Чини се да се не могу окупљати и формирати велика тела попут планета и звезда.
Нема начина да директно видите тамну материју (отуда и име). Међутим, његови ефекти се могу посредно видети анализом брзе ротације галаксија. Ако израчунате брзине ротације подржане видљивом масом галаксија, открит ћете да се оне окрећу брже него што би требале. По свим правима ове би галаксије требало растргати. После деценија истраживања, астрономи су закључили да свака галаксија садржи тамну материју, која ствара додатну гравитацију која држи галаксије заједно.
Тамна материја у свемиру
Међутим, у много већем обиму свемира, проучавање појединих галаксија није довољно. Потребан је други приступ. Због тога астрономи морају да користе технику која се зове гравитационо сочивање.
Гравитацијско сочиво предвидио је 1916. године Алберт Еинстеин, а први пут га је приметио Сир Артхур Еддингтон 1919. Еинстеинова теорија опште релативности каже да је гравитација коју доживљавамо заиста проузрокована закривљеношћу простора-времена. Пошто светлост путује равном линијом кроз простор, ако је простор-време закривљен, посматрачу ће изгледати као да светлост путује закривљеном стазом кроз свемир.
Овај феномен се може искористити за проучавање количине и дистрибуције тамне материје у универзуму. Научници који завирују у далеку галаксију (која се назива галаксија која лећа), а која има још једну галаксију која је још удаљенија иза ње (која се назива проматрана галаксија), могу видети искривљену слику посматране галаксије. Изкривљење је повезано са масом галаксије која лећа. Будући да је маса галаксије која лећи представља комбинацију видљиве материје и тамне материје, гравитационо сочиво омогућава научницима да директно посматрају постојање и расподјелу тамне материје на скали као што је велик и сам универзум. Ова техника делује и када велики скуп галаксија предњег мора искриви слике кластера још удаљенијих галаксија, што је техника коришћена за ово мерење.
Грудасти или не?
Недавно је ДЕС сарадња објавила анализу користећи се управо овом техником. Тим је прегледао узорак од 26 милиона галаксија на четири различите удаљености од Земље. Ближе галаксије посудиле су оне које су биле даље. Користећи ову технику и пажљиво гледајући изобличење слика свих галаксија, могли су да пресликају расподелу невидљиве тамне материје и како се она креће и скупља у последњих 7 милијарди година, односно половини животног века универзум.
Као што се очекивало, открили су да је тамна материја универзума "грудаста". Међутим, догодило се изненађење - било је мало мање квргаво него што су предвиђала претходна мерења.
Једно од контрадикторних мерења долази из остатка радио сигнала из најранијег времена након Великог праска, који се назива космичка микроталасна позадина (ЦМБ). ЦМБ садржи у себи расподелу енергије у космосу када је био 380.000 година. 1998. године, сарадња Цосмиц Бацкгроунд Екплорер (ЦОБЕ) објавила је да ЦМБ није савршено уједначен, већ има топле и хладне тачке које се разликују од униформе за 1 део у 100 000. Вилкинсон микроталасна анизотропна сонда (ВМАП) и сателити Планцк потврдили су и прецизирали ЦОБЕ мерења.
Током 7 милијарди година између избацивања ЦМБ и временског периода које је проучавао ДЕС, та горња подручја универзума засијала су формирањем структуре космоса. Неуједначена расподјела енергије заробљена у ЦМБ-у, у комбинацији са појачавајућом силом гравитације, узроковала је да неке тачке у универзуму постају гушће, а друге мање. Резултат је универзум који видимо око нас.
ЦМБ предвиђа расподелу тамне материје из простог разлога: Дистрибуција материје у нашем универзуму у садашњости зависи од њене дистрибуције у прошлости. Уосталом, ако је у прошлости постојала груда материје, та материја би привлачила материју у близини и груда би расла. Слично томе, ако бисмо пројектовали у далеку будућност, дистрибуција материје би данас утицала на сутрашњицу из истог разлога.
Научници су тако користили мерења ЦМБ-а на 380.000 година после Великог праска како би израчунали како би свемир требао да изгледа 7 милијарди година касније. Када су упоредили предвиђања са мерењима из ДЕС-а, открили су да су мерења ДЕС-а нешто мање груба од предвиђања.
Непотпуна слика
Је ли то велика ствар? Можда. Неизвесност или грешка у ова два мерења довољно је велика да значи да се не слажу на статистички значајан начин. То једноставно значи да нико не може бити сигуран да се та два мерења заиста не слажу. Могуће је да одступања случајно настају из статистичких флуктуација података или малих инструменталних ефеката који нису узети у обзир.
Чак би и аутори студије овде предложили опрез. ДЕС мерења још увек нису рецензирана. Радови су предати на објављивање и резултати су представљени на конференцијама, али на чврсте закључке треба сачекати док не стигну извештаји судија.
Па, каква је будућност? ДЕС има петогодишњу мисију, од које су забележене четири године података. Недавно објављени резултат користи само податке у вриједности за прву годину. Новији подаци се још увек анализирају. Даље, комплетни скуп података прекриће 5.000 квадратних степени неба, док недавни резултат покрива само 1.500 квадратних степени и има само половину пута уназад. Дакле, прича очито није потпуна. Анализа целог скупа података неће се очекивати до 2020. године.
Ипак, данас узети подаци могу значити да постоји могућа тензија у нашем разумевању еволуције универзума. Чак и ако та напетост нестане како се анализира више података, ДЕС сарадња наставља са другим мерењима. Запамтите да слова "ДЕ" у називу представљају тамну енергију. Ова група ће на крају моћи да нам каже нешто о понашању тамне енергије у прошлости и ономе што можемо очекивати да видимо у будућности. Ово недавно мерење само је почетак онога што се очекује да буде научно фасцинантно време.
Ова верзија чланка је првобитно објављена у часопису Ливе Сциенце.
