אשכולות החומר האפל יכולים לחשוף את טבע האנרגיה האפלה

Anonim

מדענים מקווים להבין את אחת התעלומות המתמשכות ביותר בקוסמולוגיה על ידי הדמיה של השפעתה על קיבוץ הגלקסיות.

המסתורין הזה הוא אנרגיה אפלה - התופעה שמניחים המדענים גורמת ליקום להתרחב בקצב מהיר יותר. אף אחד לא יודע שום דבר על אנרגיה אפלה, אלא שזה יכול, איכשהו, לפוצץ כל דבר בנפרד.

בינתיים, לאנרגיה אפלה יש דודן מוצל באותה מידה - חומר אפל. נראה כי חומר בלתי נראה זה התקבץ סביב גלקסיות, ומנע מהם לסובב את עצמם בנפרד, על ידי מתן להם כוח כבידה נוסף.

כזה אפקט אשכולות הוא בתחרות עם ההתרחבות המואצת של האנרגיה האפלה. עם זאת, לימוד אופיו המדויק של תחרות זו עשוי לשפוך קצת אור על אנרגיה אפלה.

"מודלים רבים של אנרגיה כהה כבר נשללו מהנתונים הנוכחיים", אמר ד"ר אלכסנדר מיד, קוסמולוג מאוניברסיטת בריטיש קולומביה בוונקובר שבקנדה, שעובד על פרויקט הנקרא "דוגמת Halo". "אני מקווה שבעתיד נוכל לשפוט יותר".

עדשות כבידה

נכון לעכשיו, הדרך היחידה החומר האפל ניתן לצפות היא על ידי מחפש את ההשפעות של כוח המשיכה שלה על חומר אחר ואור. שדה הכבידה האינטנסיבי שהוא מייצר יכול לגרום לאור לעוות ולכופף על פני מרחקים גדולים - אפקט המכונה עדשות כבידה.

על ידי מיפוי החומר האפל בחלקים מרוחקים של הקוסמוס, יכולים המדענים להבין כמה חומר אפל מתקבץ שם - ובעיקרון איך אשכול זה מושפע מהאנרגיה האפלה.

הקשר בין עדשות כבידה ואשכול חומר אפל אינו פשוט. כדי לפרש את הנתונים מהטלסקופים, המדענים חייבים להתייחס למודלים קוסמולוגיים מפורטים - ייצוגים מתמטיים של מערכות מורכבות.

ד"ר מיד מפתח מודל של אשכולות, שהוא מקווה שיהיה מספיק דיוק כדי להבדיל בין היפותזות שונות של אנרגיה אפלה.

"אנלוגיה שאני אוהב מאוד היא במערבולת, בזרימת נוזל סוערת אפשר לדבר על זרמים וערבים, שהם מילים נחמדות, אבל המציאות של איך נוזל בצינור עובר מ זורם בשלווה לזרום בצורה סוערת הוא מאוד מסובך.

כוח חמישי

אחת התיאוריות האקזוטיות יותר היא שהאנרגיה האפלה היא תוצאה של כוח חמישי שלא התגלה עד כה, בנוסף לארבעה הכוחות הידועים של הטבע - כוח הכבידה, האלקטרומגנטיות והכוח הגרעיני החזק והחלש שבתוך האטומים.

לעומת זאת, השערה שכיחה יותר לאנרגיה אפלה ידועה כקבוע הקוסמולוגי, אשר הוצע על ידי אלברט איינשטיין כחלק מתורת היחסות הכללית שלו. הוא האמין לעתים קרובות לתאר את כל הים מתפשט של חלקיקים וירטואליים כי הם כל הזמן popping לתוך והחוצה של הקיום ברחבי היקום.

דרך אחת לשלול את ההשערה הקבועה הקוסמולוגית, כמובן, היא להוכיח שהאנרגיה האפלה אינה קבועה כלל. זוהי מטרתו של ד"ר פייר סטפאנו קוראסניטי של המצפה פריז בצרפת, אשר - בפרויקט שנקרא EDECS - מתקרבת אשכולות חומר כהה מכיוון אחר.

במקום לנסות לדגום את הצבירים מניתוח נתוני כבידה כבדים, הוא מתחיל במפורש בהיפותזה דינמית - כלומר, לא קבועה - של אנרגיה אפלה, ומנסה לנבא כיצד החומר האפל יתאחז אם זה אכן כך.

דוחפים את הגבולות

יש, באופן עקרוני, דרכים אינסופיות האנרגיה האפלה יכולה להשתנות במרחב ובזמן, אם כי תיאוריות רבות כבר שולל על ידי תצפיות קיימות. ד"ר קוראסניטי מקדם את הסימולציות שלו על סוגי אנרגיות כהות דינמיות שדוחפות בשולי גבולות תצפית אלה, ומסללות את הדרך לבדיקות עם ניסויים עתידיים.

הסימולציות, שמחקות את האבולוציה של חלקיקי חומר אפל רבים, "N-body", דורשות מחשבי-על הפועלים במשך תקופות זמן ארוכות, מעבדים כמה פטה-בתים (מיליון מיליון בייטים) של נתונים.

"יש לנו לרוץ בין סימולציות N-body הקוסמולוגי הגדול ביותר אי פעם הבין", אמר Corasaniti.

הדמיות של ד"ר קורסניטי מנבאות שהאופן שבו אנרגיה אפלה מתפתחת עם הזמן, ישפיע על קיבוץ החומר האפל. זה, בתורו, משנה את היעילות שבה גלקסיות טופס בדרכים שלא יהיה המקרה עם אנרגיה אפלה קבועה.

את התחזיות המודלים שלו ניתן לבצע בעזרת טלסקופים הקרובה כגון טלסקופ סקר סינופטי גדול בצ 'ילה ואת ריבוע קילומטר מערך באוסטרליה ודרום אפריקה, כמו גם על ידי משימות לוויין כגון Euclid (שיתוף פעולה אירופי עבור LIghtning איתור) ו WFIRST (רחב שדה אינפרא אדום סקר טלסקופ).

"אם האנרגיה האפלה תתגלה כתופעה דינמית, תהיה לכך השפעה עמוקה לא רק על הקוסמולוגיה, אלא על הבנתנו את הפיסיקה הבסיסית", אמר ד"ר קורסניטי.

menu
menu