היקום שלנו הוא עצום להפליא, מסתורי בעיקר, ומבלבל באופן כללי. אנו מוקפים בשאלות נבוכות על מאזניים גדולים וקטנים כאחד. יש לנו כמה תשובות, בוודאות, כמו המודל הסטנדרטי של פיסיקת החלקיקים, שעוזרות לנו (פיסיקאים, לפחות) להבין אינטראקציות יסודיות בתת-אטום, ותורת המפץ הגדול כיצד התחיל היקום, ששוזר יחד סיפור קוסמי בעבר. 13.8 מיליארד שנים.
אבל למרות ההצלחות של דגמים אלה, עדיין יש לנו הרבה עבודה לעשות. לדוגמא, מה בעולם הוא אנרגיה אפלה, השם שאנחנו נותנים לכוח המניע מאחורי ההתפשטות המואצת של היקום? ובקצה הנגדי של הסקאלה, מה בדיוק הם נייטרינים, אותם חלקיקים קטנים ורוחות רפאים שמרוכזים ומתקרבים בקוסמוס מבלי בקושי מתקשרים עם שום דבר?
במבט ראשון שתי השאלות הללו נראות כל כך שונות מבחינה קנה מידה ואופי, ובכן, כל מה שאנחנו עשויים להניח שאנחנו צריכים לענות עליהן.
אבל יכול להיות שניסוי יחיד יכול לחשוף תשובות לשניהם. טלסקופ של סוכנות החלל האירופית אמור למפות את היקום האפל - במבט רחוק יותר בזמן, כעשרה מיליארד שנים, כאשר נחשב שאנרגיה אפלה גועשת. בואו נחפור.
לך גדול וחזור הביתה
כדי לחפור פנימה עלינו להסתכל למעלה. דרך למעלה. במאזניים הרבה יותר גדולים מגלקסיות (אנחנו מדברים כאן על מיליארדי שנות אור, אנשים), שם היקום שלנו דומה לרשת עכביש עצומה וזוהרת. חוץ מזה, רשת עכביש זו אינה עשויה משי, אלא מגלקסיות. קנוקונים ארוכים ודקים של גלקסיות המקשרים בין צמתים צפופים ומגושמים. הצמתים הללו הם האשכולות, ערי הגלקסיות השוקקות וגז חם ועשיר - חומות עצומות ורחבות של אלפים על אלפי גלקסיות. ובין המבנים הללו, תופסים את מרבית הנפח ביקום, נמצאים החללים הקוסמיים הגדולים, מדבריות שמימיים מלאים בשום דבר.
זה נקרא האינטרנט הקוסמי, וזה הדבר הכי גדול ביקום.
רשת קוסמית זו נבנתה לאט לאט במשך מיליארדי שנים על ידי הכוח החלש ביותר בטבע: כוח המשיכה. בדרך חזרה כאשר היקום היה השבר הזעיר ביותר בגודלו הנוכחי, הוא היה אחיד כמעט לחלוטין. אבל ה"כמעט "חשוב כאן: היו וריאציות זעירות בצפיפות ממקום למקום, כשכמה פינות היקום היו קצת יותר צפופות מהממוצע ואחרות קצת פחות פחות.
עם הזמן כוח המשיכה יכול לעשות דברים מדהימים. במקרה של הרשת הקוסמית שלנו, אותם אזורים צפופים מעט יותר מהממוצע היו בעלי כוח משיכה שהיה מעט חזק יותר, ומשך אליהם את סביבתם, מה שהפך את אותם גושים למושכים עוד יותר, שמשכו יותר שכנים וכן הלאה בקרוב.
העבר קדימה לתהליך זה מיליארד שנה, והגדלת את האינטרנט הקוסמי שלך.
מתכון אוניברסאלי
זו התמונה הכללית: כדי ליצור רשת קוסמית אתה צריך "דברים", וצריך קצת כוח משיכה. אבל איפה שזה ממש מעניין נמצא בפרטים, במיוחד בפרטי הדברים.
סוגים שונים של חומר יתגבשו ויצרו מבנים בצורה שונה. סוגים מסוימים של חומר עשויים להסתבך בעצמם, או שיצטרכו להסיר עודפי חום לפני שהם יוכלו להתגבש, ואילו אחרים עשויים להצטרף בקלות למסיבה הקרובה. סוגים מסוימים של חומר נעים לאט לאט בכוח הכבידה יכול לבצע את עבודתו ביעילות, ואילו סוגים אחרים של חומר הם כה ציים וזריזים עד כי כוח הכבידה בקושי יכול לשים את ידיו החלשות עליו.
בקיצור, אם תשנה את מרכיבי היקום, תקבל קורים קוסמיים שונים למראה. בתרחיש אחד יתכנו אשכולות עשירים יותר ופחות חללים ריקים בהשוואה לתרחיש אחר, בו החללים שולטים לחלוטין בתחילת ההיסטוריה של הקוסמוס, ולו לא נוצרים כלל אשכולות.
מרכיב מסקרן במיוחד הוא הנייטרינו, החלקיק הרפואי שהוזכר לעיל. מכיוון שהנייטרינו כה קל, הוא נע כמעט במהירות האור. יש לזה השפעה של "החלקה" של מבנים ביקום: כוח הכבידה פשוט לא יכול לעשות את עבודתו ולמשוך נייטרינים לכדורים קטנים וקומפקטיים. לכן, אם אתה מוסיף יותר מדי נייטרינים ליקום, דברים כמו גלקסיות שלמות בסופו של דבר לא יצליחו להיווצר ביקום המוקדם.
בעיות קטנטנות, פתרונות גדולים
משמעות הדבר היא שאנחנו יכולים להשתמש ברשת הקוסמית עצמה כמעבדה ענקית של פיסיקה לחקר נייטרינו. על ידי בחינת מבנה הרשת ופירוקו לחלקיו השונים (אשכולות, חללים וכדומה), אנו יכולים לקבל טיפול ישיר באופן מפתיע על נייטרינו.
יש רק בעיה אחת מצמררת: נוטרינו אינם המרכיב היחיד ביקום. גורם מבלבל אחד העיקרי הוא נוכחותה של אנרגיה אפלה, הכוח המסתורי שקרע את היקום שלנו. וכפי שהייתם חושדים, זה משפיע על האינטרנט הקוסמי בצורה מרכזית. בסופו של דבר, קשה לבנות מבנים גדולים ביקום המתרחב במהירות. ואם אתה מסתכל רק על חלק אחד של הרשת הקוסמית (נניח, למשל, אשכולות הגלקסיה), יתכן שלא יהיה לך מספיק מידע בכדי להבחין בהבדל בין השפעות נייטרינו להשפעות אנרגיה כהה - שתיהן מעכבות את התגבשותם של " דברים."
במאמר שפורסם לאחרונה באינטרנט בכתב העת preprint arXiv, האסטרונומים הסבירו כיצד סקרי גלקסיות צפויים, כמו המשימה האירופאית של סוכנות החלל האירופית, יעזרו לחשוף גם תכונות של נייטרינו וגם אנרגיה כהה. לוויין אוקלידס ימפה את מיקומם של מיליוני גלקסיות, ויצייר דיוקן רחב מאוד של הרשת הקוסמית. ובתוך מבנה זה טמונים רמזים להיסטוריה של היקום שלנו, עבר התלוי במרכיביו, כמו נייטרינו ואנרגיה אפלה.
על ידי התבוננות בשילוב של המקומות הצפופים והעמוסים ביותר ביקום (אשכולות הגלקסיה) לבין המקומות הבודדים והריקים ביותר בקוסמוס (החללים), אנו עשויים לקבל תשובות הן לאופי האנרגיה האפלה (שתבשר תקופה של ידע חדש בפיזיקה) ואופי הנייטרינים (שיעשו את אותו הדבר בדיוק). אנו עשויים ללמוד, למשל, שהאנרגיה האפלה הולכת ומחמירה, או משתפרת, או שאולי אפילו סתם זהה. ואולי נלמד עד כמה נייטרינו מסיבי או כמה מהם מסתובבים ביקום. אבל לא משנה מה, קשה לדעת מה נקבל עד שנראה בפועל.
פול מ. סוטר הוא אסטרופיסיקאי ב אוניברסיטת מדינת אוהיו, מארח של תשאל איש חלל ו רדיו שטח, ומחבר מקומך ביקום.
