นักดาราศาสตร์ทำแผนที่สสารมืดโดยอ้อมผ่านแรงดึงดูดของมันบนวัตถุอื่น
Paul M. Sutter เป็นนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่ มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอโฮสต์ของ ถามนักบินอวกาศ และ วิทยุอวกาศและผู้เขียน "สถานที่ของคุณในจักรวาล"ซัทเทอร์สนับสนุนบทความนี้เพื่อ เสียงผู้เชี่ยวชาญของ Space.com: Op-Ed & Insights.
การศึกษาสมัยใหม่ของทั้งจักรวาลสาขาวิทยาศาสตร์ที่รู้จักกันในนามของจักรวาลวิทยาเป็นหนี้สถานะปัจจุบันของบุคคลที่มีชื่อเสียงหลายคนย้อนกลับไปเกือบศตวรรษของการวิจัยที่ทุ่มเทและยากลำบาก
บางชื่อเหล่านี้อาจคุ้นเคย: Albert Einstein, Edwin Hubble, Vera Rubin, ฯลฯ แต่เมื่อไม่นานมานี้คณะกรรมการรางวัลโนเบลได้รับการยอมรับจากชื่อที่คุณอาจไม่รู้จัก Jim Peebles และ ให้เขาครึ่งหนึ่งของรางวัลฟิสิกส์ปี 2019"เพื่อช่วยเหลือเราในการทำความเข้าใจวิวัฒนาการของจักรวาลและสถานที่ของโลกในจักรวาล"
พอจะพูดได้จักรวาลวิทยาคงไม่เป็นอย่างที่เป็นอยู่ทุกวันนี้หากปราศจากความพยายามของ Jim Peebles มันเป็นสิ่งหนึ่งที่จะกล่าวว่า รุ่นบิ๊กแบง ใน back-of-aT-shirt เรียบง่าย (เช่น "จักรวาลเคยเล็กกว่าและร้อนกว่าและตอนนี้ไม่ใช่") แต่มันเป็นสิ่งที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงในการเปลี่ยนให้เป็นสูตรทางคณิตศาสตร์ที่แม่นยำซึ่งสามารถทำนายการเปรียบเทียบได้ ข้อสังเกต มันยุติธรรมที่จะบอกว่า Peebles ช่วยเปลี่ยนจักรวาลจาก "ความคิดที่เรียบร้อยและโดยทั่วไป" เป็น "สาขาวิทยาศาสตร์จริง" มาสำรวจสามช่องทางหลักที่ข้อมูลเชิงลึกของเขาชี้นำเรา:
พื้นหลังไมโครเวฟจักรวาล
ถ้าเอกภพยุคแรกมีขนาดเล็กกว่าที่เป็นอยู่ทุกวันนี้มันก็จะต้องร้อนกว่าและมีความหนาแน่นมากกว่า และเมื่อคุณยอมรับความจริงนี้คุณจะรู้ได้อย่างรวดเร็วว่าในบางครั้งในอดีตอันไกลโพ้น จักรวาล จะต้องมีความหนาแน่นสูงและร้อนจัดจนอยู่ในสภาพที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง
กว่า 13 พันล้านปีที่แล้วเมื่อเอกภพมีปริมาณประมาณหนึ่งในล้านของวันนี้ทุกสิ่งในเอกภพได้ถูกถล่มด้วยกันจนเป็นพลาสมาซึ่งเป็นสถานะของสสารที่อิเล็กตรอนถูกฉีกออกจากอะตอมและเป็นอิสระ เที่ยวเตร่เกี่ยวกับตัวเอง ย้อนกลับไปตอนนั้นจักรวาลค่อนข้างรุนแรง
แต่เมื่อมันโตขึ้นมันใหญ่ขึ้นและหนาวขึ้น และในบางช่วงอายุอุณหภูมิและแรงกดดันลดลงต่ำกว่าระดับวิกฤติและอิเล็กตรอนก็สามารถที่จะยึดตัวเองกับอะตอมโดยไม่ถูกกระแทกทันที ในพริบตาเอกภพมีความโปร่งใสต่อการแผ่รังสีและแสงนั้น - ร้อน - ขาวอย่างแท้จริงในขณะที่ปล่อย - คงอยู่จนถึงปัจจุบัน
แต่วันนี้แสงสูญเสียไอน้ำจำนวนมากและหนาวเพียงไม่กี่องศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์แน่นอนในย่านไมโครเวฟ นี้ "ไมโครเวฟพื้นหลัง"ถูกค้นพบโดยบังเอิญโดยนักฟิสิกส์ไมโครเวฟในปี 1964 แต่ไม่ทราบกลุ่มนักทฤษฎีรวมถึง Peebles ได้ทำนายการดำรงอยู่ของมันแล้วนักฟิสิกส์ไมโครเวฟได้รับรางวัลโนเบลในปี 1978 แต่ก็ไม่เคยสายเกินไปที่คณะกรรมการโนเบลจะยอมรับ นักทฤษฎีด้วย
สสารมืด
ในปี 1970 นักดาราศาสตร์ เวร่ารูบิน ค้นพบบางสิ่งที่ตลกที่เกิดขึ้นกับกาแลคซี: ดวงดาวในวงโคจรเร็วเกินไป ในความเป็นจริงอย่างรวดเร็วว่ากาแลคซีควรจะขว้างตัวเองออกจากกันเมื่อหลายพันล้านปีก่อน แต่พวกเขามีความสุขเหมือนหอย
เกิดอะไรขึ้น? เราไม่เข้าใจบางสิ่งเกี่ยวกับธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงที่ยิ่งใหญ่เท่ากับกาแลคซีหรือไม่? หรือเอกภพมีส่วนผสมพิเศษที่ซ่อนอยู่กับเราจนกว่าการสังเกตของ Rubin?
นักดาราศาสตร์บางคนรวมถึงรูบินคิดว่าเราจำเป็นต้องปรับแต่งกฎของฟิสิกส์เพื่อให้ได้สิ่งที่ถูกต้อง แต่คนอื่น ๆ รวมถึง Peebles คิดว่ามีกาแลคซีมากกว่าที่พบตา เขาเป็นหนึ่งในผู้เสนอแรก ๆ ของสิ่งที่เราเรียกว่า "สสารมืดเย็น" - สสารรูปแบบใหม่ที่ไม่โต้ตอบกับแสง (และดังนั้นจึงไม่โต้ตอบกับสิ่งอื่นยกเว้นผ่านแรงโน้มถ่วง) ตอนนี้เรารู้แล้วว่า สสารมืด อิ่มตัวจักรวาลโดยทำให้สสารปกติเป็นอัตราส่วนอย่างน้อย 5: 1
Peebles และผู้ทำงานร่วมกันได้ทำการตรวจสอบสิ่งที่สมมติฐานใหม่นี้จะหมายถึงในแง่ของพฤติกรรมกาแลคซีและให้การทดสอบที่เป็นประโยชน์สำหรับผู้สังเกตการณ์เพื่อกำหนดเป้าหมายและวัด
วันนี้ในขณะที่เรายังไม่เข้าใจสสารมืดอย่างสมบูรณ์ - และเรายังไม่ได้ระบุตัวตนที่แน่นอน - หลักฐานมาจากหลายมุมรวมถึงรอยประทับเล็ก ๆ ในพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาลเองสสารมืดเป็นองค์ประกอบสำคัญของเรา จักรวาล.
โครงสร้างจักรวาล
แต่พีเบิลส์ไม่ได้หยุดเพียงแค่ช่วงเวลาแรกของบิกแบงหรือส่วนประกอบที่ลึกลับและมองไม่เห็นในจักรวาลของเรา Peebles ใหญ่ไปทางใหญ่
เราเห็นในจักรวาลรอบตัวเรากาแลคซีประเภทต่าง ๆ ในการจัดเรียงที่เพ้อฝันทุกประเภท กาแลคซีบางแห่งถูกรวมเข้าด้วยกันในกระจุกดาวยักษ์ บางห้องมีขนาดใหญ่และดูสบาย ๆ และบางห้องมีขนาดเล็กและแทบจะมองไม่เห็น และเมื่อเราซูมออกไปยังเครื่องชั่งที่ใหญ่ที่สุดเราจะเห็น "ใยแก้วนำแสง"รูปแบบที่ใหญ่ที่สุดที่พบในธรรมชาติเป็นโครงสร้างที่ทอดตัวจากปลายด้านหนึ่งของเอกภพที่มองเห็นได้ไปสู่อีกด้านหนึ่ง
ใยแก้วนำแสงทำจากกาแลคซีและตามชื่อแนะนำดูเหมือนใยแมงมุมในอวกาศ
ทำได้ไง ที่ เกิดขึ้นได้อย่างไร
Peebles และเพื่อน ๆ ของเขานำวิธีการอธิบายต้นกำเนิดของเว็บจักรวาลค้นพบว่าโครงสร้างในจักรวาลของเราเติบโตอย่างช้าๆเมื่อเวลาผ่านไปสร้างขึ้นจากบิตขนาดเล็กไปจนถึงบิตขนาดใหญ่กว่าทุก ๆ วันที่ผ่านไป
พวกเขาพบว่าจะมองหาคำแนะนำของเมล็ดพันธุ์ของโครงสร้างในพื้นหลังไมโครเวฟคอสมิคได้หรือไม่ซึ่งมองเห็นได้ในอุณหภูมิที่ไม่ใหญ่กว่า 1 ส่วนใน 100,000 ความแตกต่างเหล่านี้เป็นที่ตั้งของกลุ่มแรกที่มีความหนาแน่นสูงกว่าค่าเฉลี่ยเล็กน้อยโดยที่สสารอื่น ๆ (โดยเฉพาะสสารมืด!) จะไหลในระยะเวลาหลายล้านปี
ในที่สุดนักเก็ตเล็ก ๆ เหล่านั้นก็จะกลายเป็นกาแลคซีและกาแล็กซี่บางแห่งรวมตัวกันเพื่อรวมตัวกันเป็นกลุ่มของกาแลคซี และเนื่องจากสิ่งต่าง ๆ ที่ใช้ในการสร้างโครงสร้างขนาดใหญ่เหล่านี้จึงต้องมาจากที่ใดพื้นที่ว่างเปล่าที่กว้างใหญ่จึงเปิดและขยายออก สิ่งเหล่านี้กลายเป็นช่องว่างในเว็บจักรวาลเรียกว่าช่องว่าง
กว่าทศวรรษที่ Jim Peebles เขียนบทความหลายร้อยฉบับและร่วมมือกับนักดาราศาสตร์นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์และนักจักรวาลวิทยาหลายร้อยคนและเขาเป็นผู้เล่นที่สำคัญในการวาดภาพเหมือนของจักรวาลที่เราเข้าใจ
- รางวัลโนเบลในสาขาฟิสิกส์: 1901- ปัจจุบัน
- สสารมืดและพลังงานมืด: ความลึกลับอธิบาย (อินโฟกราฟิก)
- 11 คำถามที่ไม่มีคำตอบเกี่ยวกับสสารมืด
คุณสามารถฟังพอดแคสต์ Ask A Spaceman ได้iTunesและบนเว็บที่ http://www.askaspaceman.com. ถามคำถามของคุณใน Twitter โดยใช้ #AskASpaceman หรือทำตามพอล @PaulMattSutter และ facebook.com/PaulMattSutter. ติดตามเราบน Twitter @Spacedotcom หรือ Facebook.
