מורשתו האפלה של זוכה פרס נובל ג'ים פבלס

אסטרונומים ממפים חומר אפל בעקיפין, באמצעות משיכת הכבידה שלו על עצמים אחרים.

פול מ. סוטר הוא אסטרופיסיקאי ב אוניברסיטת מדינת אוהיו, מארח של תשאל איש חלל ו רדיו שטח, ומחבר הספר "מקומך ביקום."סאטר תרם את המאמר הזה ל קולות המומחים של Space.com: Op-Ed & Insights. 

המחקר המודרני של היקום כולו, ענף המדע המכונה קוסמולוגיה, חייב את מעמדו הנוכחי לדמויות בולטות רבות, ונמשך כמעט מאה שנים של מחקר מסור ומצליח.

חלק מהשמות האלה עשויים להיות מוכרים: אלברט איינשטיין, אדווין האבל, ורה רובין וכו '. אולם לאחרונה ועדת פרס נובל הכירה בתרומות של שם שאולי אינך מכיר, ג'ים פבלס, העניק לו מחצית מפרס הפיזיקה לשנת 2019, "לתרומות להבנתנו את התפתחות היקום ומקומו של כדור הארץ בקוסמוס."

די אם נאמר, הקוסמולוגיה לא תהיה במקומה כיום ללא מאמציו של ג'ים פבלס. זה דבר אחד לציין את דוגמנית המפץ הגדול בפשטות האחורי לחולצת טריקו (למשל, "היקום היה אמור להיות קטן יותר וחם יותר, ועכשיו הוא לא"), אבל זה דבר אחר לגמרי להפוך את זה לניסוח מתמטי מדויק שמסוגל לבצע תחזיות להשוואה מול תצפיות. זה הוגן לומר שפלס עזרו להפוך את הקוסמולוגיה מ"רעיון מסודר ונכון באופן כללי "ל"תחום של מדע אמיתי." בואו לחקור שלוש דרכים עיקריות בהן התובנות שלו הנחו אותנו:

הרקע הקוסמי של המיקרוגל

אם היקום המוקדם היה קטן מכפי שהוא כיום, אז הוא כנראה היה חם וצפוף יותר. ברגע שאתה מקבל את המציאות הזו, אתה מבין מהר מאוד שבשלב מסוים בעבר הרחוק, היקום בטח היה כל כך צפוף וכל כך חם שהוא היה במצב שונה לגמרי של חומר.

לפני למעלה מ 13 מיליארד שנה, כאשר היקום היה כמיליון הנפח של ימינו, כל החומר בקוסמוס היה מרוחק כל כך עד שהיה פלזמה, מצב של חומר בו האלקטרונים נקרעים מאטומים וחופשיים ל לשוטט בעצמם. אז, היקום היה די אינטנסיבי.

אבל אז זה התיישן, הוא נעשה גדול יותר והיה קר יותר. ובגיל מסוים הטמפרטורות והלחצים צנחו מתחת לסף קריטי ואלקטרונים הצליחו לחבר עצמם לאטומים מבלי שהידפקו מיד. כהרף עין, היקום הפך שקוף לקרינה, והאור הזה - ממש לבן-חם ברגע שחרורו - נמשך עד ימינו ומשרים את הקוסמוס.

אבל היום האור הזה איבד הרבה אדים והוא מצנן רק כמה מעלות מעל האפס המוחלט, בפסיקה במיקרוגל. זה "רקע מיקרוגל קוסמי"התגלה בטעות על ידי זוג פיסיקאים במיקרוגל בשנת 1964, אך לא ידוע להם שקבוצה של תיאורטיקנים כולל פיבלס כבר ניבאה את קיומה. פיסיקי המיקרוגל זכו בפרס נובל בשנת 1978, אך אף פעם לא מאוחר מדי ועדת נובל להכיר בכך גם תיאורטיקנים.

חומר אפל

בשנות השבעים אסטרונום ורה רובין גילה משהו מצחיק שקורה עם גלקסיות: הכוכבים בתוכם הסתובבו במהירות רבה מדי. כל כך מהר, למעשה, שהגלקסיות היו צריכות להתנתק לפני מיליארדי שנים. אבל שם הם היו, מאושרים כמו צדפות.

מה קורה? האם לא הבנו משהו באופי הכובד בקנה מידה גדול כמו גלקסיות? או שמא ביקום היה מרכיב נוסף שהוסתר לנו עד לתצפיות של רובין?

חלק מהאסטרונומים, כולל רובין עצמה, חשבו שאנחנו צריכים לצבוט את חוקי הפיזיקה כדי לתקן את הדברים. אבל אחרים, כולל פיבלס, שיערו שיש גלקסיה יותר ממה שפוגש את העין. הוא היה אחד התומכים הקדומים ביותר של מה שאנו מכנים כיום "חומר אפל קר" - צורה חדשה של חומר שאינו מתקשר באור (ומכאן שאינו מתקשר עם שום דבר אחר אלא דרך כוח הכבידה). אנו יודעים זאת חומר אפל רוויה את היקום, מוציאה חומר רגיל ביחס של לפחות 5: 1.

פבלס ומשתפי פעולה עשו את עבודת היד כדי לחקור מה המשמעות של השערה חדשה זו מבחינת התנהגות הגלקסיה, וסיפקו מבחנים מועילים למתבוננים בכוונה ומדידה.

כיום, בעוד שאנו עדיין לא מבינים לגמרי חומר אפל - ואנחנו עדיין לא מצליחים להצביע על זהותו המדויקת - הראיות הגיעו מכמה זוויות, כולל טביעות עדינות ברקע המיקרוגל הקוסמי עצמו, חומר כהה הוא מרכיב עיקרי של שלנו יקום.

מבנה קוסמי

אבל פייבלס לא פסקו ברגעים המוקדמים ביותר של המפץ הגדול או רכיבים מסתוריים ובלתי נראים ליקום שלנו. פבלס הלכו בגדול.

אנו רואים ביקום סביבנו כל מיני סוגים שונים של גלקסיות בכל מיני סידורים מפוארים. חלק מהגלקסיות קשורות יחד באשכולות ענק, ואילו אחרות בודדות. חלקם ענקיים ומלוכלכים, ואחרים קטנים ובקושי מורגשים. וכשאנחנו מתקרבים לסולם המאוד הגדול ביותר, אנו רואים "אינטרנט קוסמי, "התבנית הגדולה ביותר שנמצאת בטבע, מבנה המשתרע מקצה היקום הנראה לקצה השני.

הרשת הקוסמית עשויה מגלקסיות, וכפי שהשם מרמז, נראה כמו רשת עכביש קוסמית.

איך עשה זה קורה?

פבלס וחבריו הובילו את הדרך להסביר את מקורותיו של הרשת הקוסמית, וגילו שמבנים ביקום שלנו צומחים לאט עם הזמן, ונבנים מקטעים קטנים יותר לקטעים גדולים יותר בכל איון שעובר.

הם מצאו כיצד לחפש רמזים לזרעי המבנה ברקע המיקרוגל הקוסמי, הנראים כשינויים זעירים בטמפרטורה שאינם גדולים מחלק אחד מתוך 100,000. וריאציות אלה היו מיקומם של הבריכות הראשונות בצפיפות מעט גבוהה מהממוצע, שם יותר חומר (בעיקר חומר אפל!) יזרום במהלך מיליוני שנים.

בסופו של דבר אותם נאגטים קטנים היו הופכים לגלקסיות, וכמה גלקסיות התקבצו יחד ויצרו אשכולות של גלקסיות. ומכיוון שכל הדברים ששימשו לבניית מבנים גדולים אלה היו צריכים להגיע ממקום כלשהו, ​​אזורים ריקים נרחבים נפתחו והתרחבו. אלה הפכו לפערים ברשת הקוסמית, המכונה חללים.

במהלך העשורים כתב ג'ים פבלס מאות מאמרים ושיתף פעולה עם מאות אסטרונומים, אסטרופיזיקאים, פיזיקאים וקוסמולוגים, והוא היה שחקן ביקורתי בציור דיוקן היקום שאנו מבינים כעת.

• פרס נובל לפיזיקה: שנת 1901
• חומר אפל ואנרגיה אפלה: המסתורין מוסבר (אינפוגרפיק)
• 11 שאלות שלא נענו על חומר אפל

תוכלו להאזין לפודקאסט של Ask A Spaceman ב-iTunes, ובאינטרנט ב http://www.askaspaceman.com. שאל את השאלה שלך בטוויטר באמצעות #AskASpaceman, או על ידי עקוב אחר פול @PaulMattSutter ו facebook.com/PaulMattSutter. עקבו אחרינו בטוויטר @ Spacedotcom או פייסבוק.